Страница 211 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. К химическим явлениям относят процесс

1) превращения воды в пар

2) превращения негашёной извести в гашёную

3) образования инея на деревьях

4) кристаллизации расплава алюминия

Решение

Для того чтобы определить, какой из процессов является химическим явлением, необходимо проанализировать каждый из них. Химические явления (химические реакции) — это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с иным составом и свойствами. Физические явления изменяют лишь агрегатное состояние вещества, его форму или размер, но не химический состав.

1) превращения воды в пар
Это процесс изменения агрегатного состояния воды с жидкого на газообразное (испарение). Химическая формула вещества остается неизменной: $H_2O$. Происходит физическое явление.

2) превращения негашёной извести в гашёную
Этот процесс, называемый «гашением извести», является химической реакцией. Негашёная известь (оксид кальция, $CaO$) взаимодействует с водой ($H_2O$) с образованием нового вещества — гашёной извести (гидроксида кальция, $Ca(OH)_2$). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
Поскольку в результате реакции образуется новое вещество с новыми химическими свойствами, этот процесс является химическим явлением.

3) образования инея на деревьях
Иней образуется при переходе воды из газообразного состояния (водяной пар) непосредственно в твёрдое (кристаллы льда). Этот фазовый переход называется десублимацией. Состав вещества ($H_2O$) не меняется. Это физическое явление.

4) кристаллизации расплава алюминия
Кристаллизация — это процесс затвердевания, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое. Жидкий алюминий ($Al$) охлаждается и становится твёрдым. Состав вещества при этом не изменяется. Это физическое явление.

Следовательно, к химическим явлениям относится только процесс превращения негашёной извести в гашёную.

Ответ: 2.

2. Общая масса всех веществ, участвующих в химической реакции,

1) увеличивается

2) уменьшается

3) может как увеличиваться, так и уменьшаться

4) не изменяется

Этот вопрос относится к одному из фундаментальных законов природы — закону сохранения массы. Этот закон был сформулирован русским учёным М. В. Ломоносовым в 1748 году и позднее, независимо от него, французским химиком А. Лавуазье в 1789 году.

Закон сохранения массы гласит: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

В ходе химической реакции атомы не создаются и не разрушаются. Происходит лишь их перегруппировка, в результате чего из молекул исходных веществ (реагентов) образуются молекулы новых веществ (продуктов). Поскольку количество атомов каждого химического элемента до реакции и после реакции остается одинаковым, а масса каждого атома — величина постоянная, то и общая масса системы до реакции (масса реагентов) будет равна общей массе системы после реакции (массе продуктов).

Рассмотрим в качестве примера реакцию горения водорода в кислороде с образованием воды:
$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

До реакции у нас было 4 атома водорода (в двух молекулах $H_2$) и 2 атома кислорода (в одной молекуле $O_2$). После реакции мы получили 2 молекулы воды ($H_2O$), которые в сумме также содержат 4 атома водорода и 2 атома кислорода. Ни один атом не исчез и не появился.

Следовательно, общая масса всех веществ, участвующих в химической реакции, остается постоянной.

Важно отметить, что это справедливо для замкнутой системы, то есть системы, которая не обменивается веществом с окружающей средой. Если, например, в ходе реакции в открытом сосуде выделяется газ, то масса сосуда с содержимым уменьшится, так как газ улетучится. Однако если учесть и массу улетевшего газа, то общий баланс масс сойдётся. Вопрос подразумевает рассмотрение всех веществ, включая газообразные.

Исходя из вышесказанного:
1) увеличивается — неверно.
2) уменьшается — неверно.
3) может как увеличиваться, так и уменьшаться — неверно.
4) не изменяется — верно, в соответствии с законом сохранения массы.

Ответ: 4) не изменяется.

3. Взаимодействие оксида железа(III) с соляной кислотой относят к реакциям

1) соединения

2) разложения

3) обмена

4) замещения

Решение

Взаимодействие оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) с соляной кислотой ($HCl$) представляет собой реакцию между основным оксидом и кислотой. В результате таких реакций образуются соль и вода. Уравнение данной химической реакции выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

Для определения типа этой реакции проанализируем предложенные варианты:

1) соединения. Реакции соединения — это реакции, в ходе которых из двух или более исходных веществ образуется одно сложное вещество. В нашем случае образуется два продукта ($FeCl_3$ и $H_2O$), поэтому этот тип не подходит.

2) разложения. Реакции разложения — это реакции, в ходе которых из одного сложного вещества образуется два или более новых веществ. В данном случае в реакцию вступают два вещества, а не одно.

3) обмена. Реакции обмена — это реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. В реакции между $Fe_2O_3$ и $HCl$ происходит обмен ионами: ион железа $Fe^{3+}$ соединяется с хлорид-ионом $Cl^{-}$, а ион водорода $H^{+}$ соединяется с оксид-ионом $O^{2-}$. Это соответствует определению реакции обмена.

4) замещения. Реакции замещения — это реакции между простым и сложным веществами, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. В нашем случае оба реагента являются сложными веществами, поэтому этот тип не подходит.

Таким образом, данная химическая реакция является реакцией обмена.

Ответ: 3) обмена.

4. К растворимым в воде электролитам относят

1) карбонат натрия ($Na_2CO_3$)

2) гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$)

3) хлорид серебра ($AgCl$)

4) сульфат бария ($BaSO_4$)

Решение

Электролиты — это вещества, которые при растворении в воде или в расплавленном состоянии диссоциируют (распадаются) на ионы, благодаря чему их растворы или расплавы проводят электрический ток. Вопрос требует найти среди предложенных вариантов вещество, которое является растворимым в воде электролитом. Для этого необходимо проанализировать растворимость каждого соединения с помощью таблицы растворимости солей, кислот и оснований в воде.

1) карбонат натрия

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — это соль, образованная катионом щелочного металла натрия ($Na^+$) и анионом угольной кислоты ($CO_3^{2-}$). Согласно правилам растворимости, все соли натрия хорошо растворимы в воде. При растворении в воде карбонат натрия полностью диссоциирует на ионы, являясь сильным электролитом: $Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}$.

Ответ: Карбонат натрия является растворимым в воде электролитом.

2) гидроксид меди(II)

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это основание. Согласно таблице растворимости, данное вещество является нерастворимым в воде (в таблице растворимости оно отмечено буквой "Н"). Так как оно практически не растворяется, оно не может быть классифицировано как растворимый в воде электролит.

Ответ: Гидроксид меди(II) не является растворимым в воде электролитом.

3) хлорид серебра

Хлорид серебра ($AgCl$) — это соль. Согласно таблице растворимости, это вещество нерастворимо в воде ("Н"). Хлорид серебра выпадает в виде белого творожистого осадка. Следовательно, он не является растворимым электролитом.

Ответ: Хлорид серебра не является растворимым в воде электролитом.

4) сульфат бария

Сульфат бария ($BaSO_4$) — это соль. Согласно таблице растворимости, это вещество также нерастворимо в воде ("Н"). Сульфат бария образует белый осадок. Таким образом, он не относится к растворимым электролитам.

Ответ: Сульфат бария не является растворимым в воде электролитом.

Сравнив все варианты, мы приходим к выводу, что единственным веществом, которое является растворимым в воде электролитом, является карбонат натрия.

Ответ: 1

5. С образованием гидроксид-ионов в водном растворе диссоциируют

1) кислоты

2) щёлочи

3) оксиды

4) средние соли

Решение

Для ответа на этот вопрос проанализируем процесс диссоциации каждого из предложенных классов неорганических соединений в водном растворе согласно теории электролитической диссоциации. Гидроксид-ионы – это отрицательно заряженные ионы с формулой $OH^-$.

1) кислоты
Согласно определению, кислоты – это электролиты, которые при диссоциации в воде образуют катионы водорода ($H^+$) и анионы кислотного остатка. Например, диссоциация серной кислоты: $H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$ Таким образом, кислоты образуют ионы водорода, а не гидроксид-ионы.

2) щёлочи
Щёлочи – это растворимые в воде основания. По определению, основания – это электролиты, которые при диссоциации в воде образуют катионы металла (или катион аммония $NH_4^+$) и гидроксид-анионы ($OH^-$). Например, диссоциация гидроксида калия (щёлочи): $KOH \rightarrow K^+ + OH^-$ Этот вариант является правильным, так как именно щёлочи при диссоциации дают гидроксид-ионы.

3) оксиды
Оксиды, как правило, сами по себе не диссоциируют в воде. Некоторые из них (например, оксиды щелочных и щелочноземельных металлов) могут реагировать с водой, образуя щёлочи, которые затем диссоциируют. Но сам процесс диссоциации оксида с образованием гидроксид-ионов не происходит.

4) средние соли
Средние соли – это электролиты, которые при диссоциации в воде распадаются на катионы металла (или катион аммония $NH_4^+$) и анионы кислотного остатка. Например, диссоциация нитрата натрия: $NaNO_3 \rightarrow Na^+ + NO_3^-$ При диссоциации солей гидроксид-ионы не образуются. В некоторых случаях ионы соли могут вступать в реакцию гидролиза с водой, что может приводить к образованию $OH^-$, но это не процесс диссоциации самой соли.

Следовательно, из перечисленных веществ только щёлочи диссоциируют в водном растворе с образованием гидроксид-ионов.

Ответ: 2) щёлочи.

6. Наибольшее число ионов образуется в растворе при полной диссоциации 1 моль

1) $NH_4Cl$

2) $H_2SO_4$

3) $AlCl_3$

4) $NaNO_3$

Чтобы определить, какое из веществ при полной диссоциации 1 моль образует наибольшее число ионов, необходимо записать уравнения диссоциации для каждого варианта и подсчитать общее количество молей образовавшихся ионов.

1) NH₄Cl

Хлорид аммония ($NH_4Cl$) является сильным электролитом и при полной диссоциации распадается на катион аммония и хлорид-анион:

$NH_4Cl \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$

Из 1 моль $NH_4Cl$ образуется 1 моль катионов $NH_4^+$ и 1 моль анионов $Cl^-$.

Общее количество ионов: $1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$.

Ответ: 2 моль ионов.

2) H₂SO₄

Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная двухосновная кислота. По условию задачи диссоциация полная, то есть протекает по суммарному уравнению:

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

Из 1 моль $H_2SO_4$ образуется 2 моль катионов $H^+$ и 1 моль сульфат-анионов $SO_4^{2-}$.

Общее количество ионов: $2 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 3 \text{ моль}$.

Ответ: 3 моль ионов.

3) AlCl₃

Хлорид алюминия ($AlCl_3$) является сильным электролитом и диссоциирует на катион алюминия и хлорид-анионы:

$AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-$

Из 1 моль $AlCl_3$ образуется 1 моль катионов $Al^{3+}$ и 3 моль хлорид-анионов $Cl^-$.

Общее количество ионов: $1 \text{ моль} + 3 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$.

Ответ: 4 моль ионов.

4) NaNO₃

Нитрат натрия ($NaNO_3$) — сильный электролит, диссоциирующий на катион натрия и нитрат-анион:

$NaNO_3 \rightarrow Na^+ + NO_3^-$

Из 1 моль $NaNO_3$ образуется 1 моль катионов $Na^+$ и 1 моль нитрат-анионов $NO_3^-$.

Общее количество ионов: $1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$.

Ответ: 2 моль ионов.

Сравнивая количество молей ионов, образующихся при диссоциации каждого вещества, получаем:

• $NH_4Cl$: 2 моль
• $H_2SO_4$: 3 моль
• $AlCl_3$: 4 моль
• $NaNO_3$: 2 моль

Наибольшее число ионов (4 моль) образуется при диссоциации хлорида алюминия $AlCl_3$.

Ответ: 3.

7. Сокращённому ионному уравнению $Cu^{2+} + 2OH^{-} = Cu(OH)_2 \downarrow$ соответствует взаимодействие между

1) растворами сульфата меди(II) и гидроксида натрия

2) оксидом меди(II) и раствором гидроксида калия

3) раствором хлорида меди(II) и гидратом аммиака

4) медью и гидроксидом натрия

Заданное сокращённое ионное уравнение $Cu^{2+} + 2OH^{-} = Cu(OH)_2 \downarrow$ описывает реакцию ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый осадок гидроксида меди(II). Для того чтобы эта реакция протекала в соответствии с данным уравнением, необходимо, чтобы в растворе присутствовали свободные ионы меди $Cu^{2+}$ и гидроксид-ионы $OH^{-}$. Это означает, что исходными веществами должны быть:

• растворимая соль меди(II) — источник катионов $Cu^{2+}$;
• сильное растворимое основание (щёлочь) — источник анионов $OH^{-}$.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) растворами сульфата меди(II) и гидроксида натрия

Сульфат меди(II) ($CuSO_4$) является растворимой солью, а гидроксид натрия ($NaOH$) — сильным растворимым основанием (щёлочью). Оба вещества являются сильными электролитами и в водном растворе полностью диссоциируют на ионы.

Молекулярное уравнение реакции:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^{+} + 2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^{+} + SO_4^{2-}$

После сокращения ионов-наблюдателей ($Na^{+}$ и $SO_4^{2-}$) получаем сокращённое ионное уравнение, которое полностью совпадает с заданным:

$Cu^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Таким образом, этот вариант является правильным.

2) оксидом меди(II) и раствором гидроксида калия

Оксид меди(II) ($CuO$) — это основный оксид, который нерастворим в воде и не реагирует со щелочами, такими как гидроксид калия ($KOH$). Реакция не протекает.

3) раствором хлорида меди(II) и гидратом аммиака

Хлорид меди(II) ($CuCl_2$) — растворимая соль, которая является источником ионов $Cu^{2+}$. Однако гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) является слабым основанием и слабым электролитом. В ионных уравнениях слабые электролиты записываются в молекулярной форме. Поэтому сокращённое ионное уравнение для этой реакции будет выглядеть иначе:

$Cu^{2+} + 2NH_3 \cdot H_2O \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NH_4^{+}$

Это не соответствует уравнению из условия.

4) медью и гидроксидом натрия

Металлическая медь ($Cu$) — малоактивный металл, который не вступает в реакцию с растворами щелочей, например, с гидроксидом натрия ($NaOH$). Реакция не протекает.

Ответ: 1

8. В водном растворе не могут одновременно существовать ионы

1) $Na^+$ и $SO_4^{2-}$

2) $H^+$ и $CO_3^{2-}$

3) $Ag^+$ и $NO_3^-$

4) $K^+$ и $OH^-$

В водном растворе не могут одновременно существовать ионы, которые при взаимодействии образуют нерастворимое вещество (осадок), газообразное вещество или слабый электролит (например, воду). Проанализируем каждую пару ионов:

1) $Na^+$ и $SO_4^{2-}$
Ионы натрия и сульфат-ионы образуют соль сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Согласно таблице растворимости, это хорошо растворимая в воде соль. В растворе она существует в виде ионов. Следовательно, ионы $Na^+$ и $SO_4^{2-}$ могут одновременно находиться в водном растворе.

2) $H^+$ и $CO_3^{2-}$
Ионы водорода $H^+$ и карбонат-ионы $CO_3^{2-}$ вступают в реакцию, так как образуется слабая и неустойчивая угольная кислота ($H_2CO_3$), которая немедленно разлагается на воду ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$).
Уравнение реакции в ионном виде: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$.
Поскольку в результате реакции образуется слабый электролит (вода) и выделяется газ, ионы $H^+$ и $CO_3^{2-}$ не могут сосуществовать в растворе.

3) $Ag^+$ и $NO_3^-$
Ионы серебра и нитрат-ионы образуют соль нитрат серебра ($AgNO_3$). Все нитраты являются растворимыми солями, поэтому в водном растворе $AgNO_3$ полностью диссоциирует на ионы. Следовательно, ионы $Ag^+$ и $NO_3^-$ могут одновременно находиться в водном растворе.

4) $K^+$ и $OH^-$
Ионы калия и гидроксид-ионы образуют гидроксид калия ($KOH$). Это сильное основание (щёлочь), которое хорошо растворимо в воде и полностью диссоциирует на ионы. Следовательно, ионы $K^+$ и $OH^-$ могут одновременно находиться в водном растворе.

Таким образом, единственная пара ионов, которая не может одновременно существовать в водном растворе, — это $H^+$ и $CO_3^{2-}$.

Ответ: 2

9. Установите соответствие между схемой превращения и изменением степени окисления азота в ней.

СХЕМА ПРЕВРАЩЕНИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА

А) $NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow HNO_3$

1) $N^{+2} \rightarrow N^{+3}$

Б) $NO + O_2 \rightarrow NO_2$

2) $N^{+4} \rightarrow N^{+5}$

В) $NaNO_3 \rightarrow NaNO_2 + O_2$

3) $N^{+5} \rightarrow N^{+3}$

4) $N^{+4} \rightarrow N^{+2}$

5) $N^{+2} \rightarrow N^{+4}$

А) В схеме превращения $NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow HNO_3$ необходимо определить изменение степени окисления азота. В исходном веществе, оксиде азота(IV) ($NO_2$), степень окисления кислорода равна -2. Пусть степень окисления азота равна $x$. Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю, поэтому: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. В продукте, азотной кислоте ($HNO_3$), степень окисления водорода равна +1, а кислорода -2. Пусть степень окисления азота равна $y$. Тогда: $+1 + y + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $y - 5 = 0$, и $y = +5$. Следовательно, степень окисления азота изменяется с +4 на +5 ($N^{+4} \rightarrow N^{+5}$). Это соответствует варианту 2.
Ответ: 2

Б) В схеме превращения $NO + O_2 \rightarrow NO_2$ определяем изменение степени окисления азота. В исходном веществе, оксиде азота(II) ($NO$), степень окисления кислорода -2, значит, степень окисления азота $N$ равна +2 (так как $x + (-2) = 0$). В продукте, оксиде азота(IV) ($NO_2$), степень окисления кислорода -2, значит, степень окисления азота $N$ равна +4 (так как $y + 2 \cdot (-2) = 0$). Таким образом, происходит изменение степени окисления $N^{+2} \rightarrow N^{+4}$, что соответствует варианту 5.
Ответ: 5

В) В схеме превращения $NaNO_3 \rightarrow NaNO_2 + O_2$ определяем изменение степени окисления азота. В исходном веществе, нитрате натрия ($NaNO_3$), степень окисления натрия (щелочного металла) равна +1, а кислорода -2. Пусть степень окисления азота равна $x$. Тогда: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x - 5 = 0$, и $x = +5$. В продукте, нитрите натрия ($NaNO_2$), степень окисления натрия +1, а кислорода -2. Пусть степень окисления азота равна $y$. Тогда: $+1 + y + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $y - 3 = 0$, и $y = +3$. Следовательно, степень окисления азота изменяется с +5 на +3 ($N^{+5} \rightarrow N^{+3}$). Это соответствует варианту 3.
Ответ: 3

10. Сумма коэффициентов в уравнении окислительно-восстановительной реакции, схема которой $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$, равна

1) 16

2) 18

3) 20

4) 22

Дано:

Схема окислительно-восстановительной реакции: $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$

Найти:

Сумму коэффициентов в уравненной реакции.

Решение:

Для нахождения суммы коэффициентов необходимо сбалансировать уравнение реакции. Используем метод электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ \stackrel{0}{Cu} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+2}{Cu}(\stackrel{+5}{N}O_3)_2 + \stackrel{+2}{N}O + H_2O $

Медь ($Cu$) окисляется, изменяя степень окисления с 0 до +2. Она является восстановителем.

Азот ($N$) восстанавливается, изменяя степень окисления с +5 (в $HNO_3$) до +2 (в $NO$). Азотная кислота является окислителем.

2. Составим полуреакции окисления и восстановления:

Окисление: $ \stackrel{0}{Cu} - 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Cu} $

Восстановление: $ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \rightarrow \stackrel{+2}{N} $

3. Найдем наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (2 и 3), оно равно 6. Умножим полуреакцию окисления на 3, а полуреакцию восстановления на 2, чтобы уравнять число электронов:

$ \stackrel{0}{Cu} - 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Cu} \quad | \times 3 $

$ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \rightarrow \stackrel{+2}{N} \quad | \times 2 $

Получаем коэффициенты: 3 для меди и 2 для азота, изменившего степень окисления.

4. Подставим эти коэффициенты в исходную схему реакции:

$ 3Cu + HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O $

5. Уравняем остальные элементы. Сначала уравняем общее количество атомов азота. В правой части уравнения находится $3 \times 2 = 6$ атомов азота в нитрате меди и 2 атома азота в оксиде азота. Итого $6 + 2 = 8$ атомов азота. Следовательно, перед $HNO_3$ в левой части ставим коэффициент 8:

$ 3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O $

6. Теперь уравняем атомы водорода. В левой части 8 атомов водорода в $8HNO_3$. Чтобы в правой части также было 8 атомов водорода, перед $H_2O$ ставим коэффициент 4 ($4 \times 2 = 8$):

$ 3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O $

7. Проведем проверку по атомам кислорода. Слева: $8 \times 3 = 24$ атома. Справа: $(3 \times 2 \times 3) + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24$ атома. Количество атомов кислорода слева и справа равно, значит, уравнение сбалансировано верно.

8. Вычислим сумму всех коэффициентов в полученном уравнении:

Сумма = $3 + 8 + 3 + 2 + 4 = 20$

Ответ: 20.