Страница 86 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Верны ли следующие суждения для фосфорсодержащих кислот — $H_3PO_4$, $HPO_3$, $H_4P_2O_7$?

А. Всем кислотам соответствует один и тот же оксид.

Б. Всем кислотам соответствуют оксид фосфора(V) и оксид фосфора(III).

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

Ответ:

Решение

Чтобы оценить верность суждений, необходимо определить степень окисления фосфора в каждой из представленных кислот: $H_3PO_4$, $HPO_3$ и $H_4P_2O_7$. Кислоте соответствует тот оксид (ангидрид), в котором кислотообразующий элемент имеет ту же степень окисления.

Степень окисления водорода (H) всегда принимаем за +1, а кислорода (O) за -2. Пусть степень окисления фосфора (P) будет $x$.

Для ортофосфорной кислоты $H_3PO_4$:
$3 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$
$3 + x - 8 = 0$
$x = +5$

Для метафосфорной кислоты $HPO_3$:
$1 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$
$1 + x - 6 = 0$
$x = +5$

Для пирофосфорной кислоты $H_4P_2O_7$:
$4 \cdot (+1) + 2x + 7 \cdot (-2) = 0$
$4 + 2x - 14 = 0$
$2x = 10$
$x = +5$

Таким образом, во всех трех кислотах фосфор имеет одинаковую высшую степень окисления +5.

Теперь проанализируем суждения:

А. Всем кислотам соответствует один и тот же оксид.

Поскольку во всех перечисленных кислотах степень окисления фосфора равна +5, им всем соответствует один и тот же оксид — оксид фосфора(V) с формулой $P_2O_5$. Все эти кислоты являются продуктами гидратации $P_2O_5$ в разной степени. Следовательно, суждение А является верным.

Б. Всем кислотам соответствуют оксид фосфора(V) и оксид фосфора(III).

Как было установлено, этим кислотам соответствует оксид фосфора(V). Оксид фосфора(III), $P_2O_3$, соответствует кислотам, в которых фосфор имеет степень окисления +3 (например, фосфористой кислоте $H_3PO_3$). Так как в рассматриваемых кислотах степень окисления фосфора равна +5, оксид фосфора(III) им не соответствует. Следовательно, суждение Б является неверным.

В итоге, верным является только суждение А, что соответствует варианту ответа под номером 1.

Ответ: 1

5. Установите соответствие между названием оксида и формулами веществ, с которыми он может взаимодействовать.

НАЗВАНИЕ ОКСИДА

А) оксид кремния

Б) оксид натрия

В) оксид фосфора(V)

Г) оксид цинка

ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ

1) $SO_3$, $HCl$, $Na_2SO_4$

2) $Na_2CO_3$, $HF$, $NaOH$

3) $CO_2$, $H_2O$, $HNO_3$

4) $KOH$, $HCl$, $Li_2O$

5) $NaOH$, $H_2SO_4$, $KCl$

6) $K_2O$, $P$, $H_2O$

Ответ:

А) оксид кремния

Оксид кремния ($SiO_2$) является кислотным оксидом. Он проявляет свойства, характерные для этого класса соединений, а также имеет некоторые особенности. Как кислотный оксид, он реагирует с основаниями и основными оксидами. В отличие от большинства кислотных оксидов, он не реагирует с водой, но вступает в реакцию с плавиковой кислотой ($HF$). Также он способен вытеснять летучие оксиды из их солей при сплавлении. Рассмотрим предложенный набор веществ под номером 2: $Na_2CO_3$, $HF$, $NaOH$.

1. Реакция со щелочью (гидроксидом натрия $NaOH$):

$SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$

2. Реакция с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) при сплавлении:

$SiO_2 + Na_2CO_3 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$

3. Специфическая реакция с плавиковой кислотой ($HF$):

$SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4\uparrow + 2H_2O$

Все вещества из набора №2 реагируют с оксидом кремния.

Ответ: 2

Б) оксид натрия

Оксид натрия ($Na_2O$) — типичный основный оксид, образованный щелочным металлом. Он активно реагирует с водой, кислотами и кислотными оксидами. Рассмотрим набор веществ под номером 3: $CO_2$, $H_2O$, $HNO_3$.

1. Реакция с кислотным оксидом (оксидом углерода(IV) $CO_2$):

$Na_2O + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3$

2. Реакция с водой ($H_2O$):

$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

3. Реакция с кислотой (азотной кислотой $HNO_3$):

$Na_2O + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$

Все вещества из набора №3 реагируют с оксидом натрия.

Ответ: 3

В) оксид фосфора(V)

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — это кислотный оксид, который является ангидридом фосфорной кислоты. Он активно реагирует с водой, основаниями и основными оксидами. Проанализируем оставшиеся наборы веществ. Наиболее подходящим является набор №6: $K_2O$, $P$, $H_2O$.

1. Реакция с основным оксидом (оксидом калия $K_2O$):

$P_2O_5 + 3K_2O \rightarrow 2K_3PO_4$

2. Реакция с водой ($H_2O$):

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3. Реакция с фосфором ($P$) не является типичной реакцией для кислотного оксида. Однако, поскольку реакции с двумя другими веществами из набора ($K_2O$ и $H_2O$) однозначно протекают, а другие наборы содержат вещества (например, кислоты), с которыми $P_2O_5$ не реагирует, этот вариант является наиболее верным в рамках предложенной задачи.

Ответ: 6

Г) оксид цинка

Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным оксидом. Это означает, что он способен реагировать как с кислотами, так и с основаниями (щелочами), а также с кислотными и основными оксидами при нагревании. Рассмотрим набор веществ под номером 4: $KOH$, $HCl$, $Li_2O$.

1. Реакция со щелочью (гидроксидом калия $KOH$):

$ZnO + 2KOH + H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4]$ (в растворе)

$ZnO + 2KOH \xrightarrow{t} K_2ZnO_2 + H_2O$ (при сплавлении)

2. Реакция с кислотой (соляной кислотой $HCl$):

$ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$

3. Реакция с основным оксидом (оксидом лития $Li_2O$) при сплавлении:

$ZnO + Li_2O \xrightarrow{t} Li_2ZnO_2$

Все вещества из набора №4 реагируют с оксидом цинка, демонстрируя его амфотерные свойства.

Ответ: 4

6. В 500 мл воды растворили 71 г оксида фосфора(V). Найдите массовую долю фосфорной кислоты в полученном растворе.

Дано:

Решение:

Дано:

$V(H_2O) = 500 \text{ мл}$

$m(P_2O_5) = 71 \text{ г}$

Примем плотность воды $\rho(H_2O) = 1 \text{ г/мл}$

Найти:

$\omega(H_3PO_4) - ?$

Решение:

1. При растворении оксида фосфора(V) в воде происходит химическая реакция, в результате которой образуется ортофосфорная (фосфорная) кислота. Запишем уравнение этой реакции:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

2. Рассчитаем молярные массы оксида фосфора(V) и фосфорной кислоты, используя относительные атомные массы элементов (P ≈ 31, O ≈ 16, H ≈ 1):

$M(P_2O_5) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142 \text{ г/моль}$

$M(H_3PO_4) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 3 + 31 + 64 = 98 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) оксида фосфора(V), которое вступило в реакцию:

$\nu(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{71 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$. Используя эту стехиометрическую пропорцию, найдем количество вещества образовавшейся фосфорной кислоты:

$\nu(H_3PO_4) = 2 \cdot \nu(P_2O_5) = 2 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу фосфорной кислоты, которая образовалась в результате реакции:

$m(H_3PO_4) = \nu(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = 1 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ г}$

6. Для нахождения массовой доли кислоты нам нужна общая масса раствора. По закону сохранения массы, масса конечного раствора равна сумме масс исходных компонентов (воды и оксида фосфора).

Сначала найдем массу воды:

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 500 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 500 \text{ г}$

Теперь найдем общую массу раствора:

$m_{раствора} = m(H_2O) + m(P_2O_5) = 500 \text{ г} + 71 \text{ г} = 571 \text{ г}$

7. Наконец, рассчитаем массовую долю ($\omega$) фосфорной кислоты в полученном растворе по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

$\omega(H_3PO_4) = \frac{m(H_3PO_4)}{m_{раствора}} \cdot 100\% = \frac{98 \text{ г}}{571 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 17.16\%$

Ответ: массовая доля фосфорной кислоты в полученном растворе составляет 17.16%.