Страница 65 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Дополните схему последовательных превращений и запишите уравнения соответствующих реакций.

$FeS_2 \rightarrow X_1 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow SO_2 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow X_1$

$X_1$ —

а) В лаборатории — разложением нитрата аммония:

б) В промышленности:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

В данной схеме превращений вещество $X_1$ — это диоксид серы (сернистый газ) с химической формулой $SO_2$.

Ниже приведены уравнения реакций для каждого этапа превращения:

1) Первая стадия — это обжиг пирита (дисульфида железа) для получения диоксида серы. Реакция протекает при сильном нагревании на воздухе.

Ответ: $4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2) Далее диоксид серы окисляется до триоксида серы. Эта реакция является ключевой в производстве серной кислоты (контактный способ), она обратима и проводится с использованием катализатора (например, оксида ванадия(V)) при температуре $450-500^\circ C$.

Ответ: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3) Триоксид серы является кислотным оксидом и при взаимодействии с водой образует серную кислоту.

Ответ: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

4) Для получения диоксида серы из серной кислоты необходимо использовать ее концентрированный раствор и восстановитель. Концентрированная серная кислота — сильный окислитель и реагирует, например, с малоактивными металлами, как медь, при нагревании.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t^\circ} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

5) Превращение диоксида серы обратно в серную кислоту. Это реакция окисления, которая может протекать в водном растворе в присутствии окислителя, например, кислорода.

Ответ: $2SO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$

6) Последний этап — это снова получение диоксида серы ($X_1$) из серной кислоты. Реакция аналогична пункту 4. Можно использовать другой восстановитель, например, неметалл углерод.

Ответ: $C + 2H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t^\circ} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$

Часть I

1. VA-группу составляют элементы: _______, _______, _______, _______, _______, _______.

С ростом порядкового номера в группе

увеличиваются:

а) ________

б) ________

уменьшаются:

а) ________

б) ________

Формула высшего оксида элементов VA-группы $Э^{\square}_{\square}$, летучего водородного соединения $Э_{\square}$, где Э — элемент.

Решение:

Данное задание проверяет знание элементов VA-группы (15-й группы) периодической системы Д.И. Менделеева и закономерностей изменения их свойств при движении по группе сверху вниз.

1. Состав VA-группы.

К VA-группе относятся следующие химические элементы: Азот (N), Фосфор (P), Мышьяк (As), Сурьма (Sb) и Висмут (Bi). Все они имеют 5 электронов на внешнем энергетическом уровне, общая электронная конфигурация которого $ns^2np^3$.

2. Изменение свойств с ростом порядкового номера.

При движении по группе сверху вниз (с ростом порядкового номера элемента) происходит увеличение числа электронных оболочек. Это является основной причиной изменения свойств атомов.

Что увеличивается:

а) Радиус атома. С каждым новым периодом добавляется новый электронный слой, что приводит к увеличению размера атома. Также увеличивается и заряд ядра, но экранирование внутренними электронами и увеличение числа слоев оказывают большее влияние.

б) Металлические и восстановительные свойства. Валентные электроны находятся дальше от ядра и слабее с ним связаны. Поэтому атом легче отдает эти электроны, проявляя восстановительные свойства. Способность отдавать электроны является ключевой характеристикой металлов. В этой группе наблюдается яркий переход от неметаллов (N, P), через металлоиды (As, Sb) к типичному металлу (Bi).

Что уменьшается:

а) Электроотрицательность. Это способность атома притягивать к себе электроны при образовании химической связи. С увеличением радиуса и ослаблением связи валентных электронов с ядром эта способность закономерно падает. Азот — один из самых электроотрицательных элементов, а у висмута это значение значительно ниже.

б) Неметаллические и окислительные свойства. Эти свойства определяются способностью атома принимать электроны для завершения внешней оболочки. Так как электроотрицательность падает, способность присоединять электроны (окислительные свойства) ослабевает. Следовательно, ослабевают и неметаллические свойства.

3. Формулы высшего оксида и летучего водородного соединения.

Высший оксид. Высшая степень окисления для элементов VA-группы равна номеру группы, то есть +5. Кислород в оксидах проявляет степень окисления -2. Для того чтобы молекула была электронейтральной, на 2 атома элемента (Э) с суммарным зарядом $2 \cdot (+5) = +10$ должно приходиться 5 атомов кислорода с суммарным зарядом $5 \cdot (-2) = -10$. Таким образом, формула высшего оксида — $Э_2О_5$.

Летучее водородное соединение. Такие соединения характерны для неметаллов. В них элемент проявляет свою низшую степень окисления, которая для элементов VA-группы вычисляется как "номер группы - 8", то есть $5 - 8 = -3$. Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1. Следовательно, формула летучего водородного соединения — $ЭН_3$ (например, аммиак $NH_3$, фосфин $PH_3$).

Ответ:

VA-группу составляют элементы: N, P, As, Sb, Bi.

С ростом порядкового номера в группе

увеличиваются:

а) радиус атома;

б) металлические и восстановительные свойства.

уменьшаются:

а) электроотрицательность;

б) неметаллические и окислительные свойства.

Формула высшего оксида элементов VA-группы $Э_2О_5$, летучего водородного соединения $ЭН_3$, где Э — элемент.

2. Строение атома азота отражает электронная формула ____

Решение

Чтобы определить электронную формулу, которая отражает строение атома азота, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Найти химический элемент азот (N) в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Азот находится во втором периоде, в V группе главной подгруппы (15-й группе по новой классификации). Его порядковый номер — 7.

2. Порядковый номер элемента в нейтральном атоме равен числу протонов в ядре и общему числу электронов на электронных оболочках. Следовательно, атом азота содержит 7 электронов.

3. Распределить эти 7 электронов по энергетическим уровням и подуровням, следуя принципу наименьшей энергии (правило Клечковского), принципу Паули и правилу Хунда.

- Первый энергетический уровень ($n=1$) имеет один s-подуровень, на котором может находиться не более двух электронов. Заполняем его: $1s^2$.

- Второй энергетический уровень ($n=2$) имеет s- и p-подуровни. Сначала заполняется 2s-подуровень, который также вмещает два электрона: $2s^2$.

- После заполнения орбиталей $1s$ и $2s$

3. Строение молекулы азота отражает:

а) электронная формула __________

б) структурная формула __________

а) электронная формула

Атом азота (N) имеет порядковый номер 7 в периодической системе и находится в 15-й группе. Его электронная конфигурация $1s^22s^22p^3$. На внешнем энергетическом уровне у атома азота находится 5 валентных электронов. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки (октета), как у благородного газа неона, атому азота необходимо 3 электрона.

В молекуле азота $N_2$ два атома азота объединяются путем образования ковалентной связи. Каждый атом предоставляет по три электрона для образования общих электронных пар. В результате между атомами азота возникают три общие электронные пары, формируя тройную связь. У каждого атома азота также остается по одной неподеленной электронной паре (два электрона, не участвующих в образовании связи).

Электронная формула (формула Льюиса) отражает распределение всех валентных электронов в молекуле. Для молекулы $N_2$ она показывает три связывающие электронные пары между атомами и по одной неподеленной паре у каждого атома.

Ответ: $:N:::N:$

б) структурная формула

Структурная формула графически изображает порядок соединения атомов в молекуле и химические связи между ними. Ковалентная связь, образованная одной парой электронов (простая связь), изображается одной чертой. Двойная связь (две пары электронов) — двумя чертами, а тройная связь (три пары электронов) — тремя чертами.

Как было установлено ранее, в молекуле азота $N_2$ два атома связаны тремя общими электронными парами, то есть тройной ковалентной связью. Поэтому в структурной формуле между символами двух атомов азота ставятся три черты.

Ответ: $N \equiv N$