Страница 90 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Составьте уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям:

$C \rightarrow Al_4C_3 \rightarrow CH_4 \rightarrow CO_2 \rightarrow CaCO_3$

1)

2)

3)

4)

1) Для получения карбида алюминия из углерода необходимо провести реакцию прямого синтеза, сплавляя металлический алюминий с углеродом при высокой температуре.
Уравнение реакции: $4\text{Al} + 3\text{C} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Al}_4\text{C}_3$.
Ответ: $4\text{Al} + 3\text{C} \rightarrow \text{Al}_4\text{C}_3$

2) Метан ($CH_4$) получают из карбида алюминия ($Al_4C_3$) в результате его реакции с водой (гидролиз) или с разбавленными кислотами. При гидролизе образуется газообразный метан и нерастворимый гидроксид алюминия.
Уравнение реакции гидролиза: $\text{Al}_4\text{C}_3 + 12\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Al(OH)}_3\downarrow + 3\text{CH}_4\uparrow$.
Ответ: $\text{Al}_4\text{C}_3 + 12\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Al(OH)}_3 + 3\text{CH}_4$

3) Превращение метана ($CH_4$) в диоксид углерода ($CO_2$) — это реакция полного окисления (сгорания) метана в избытке кислорода.
Уравнение реакции горения: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$.
Ответ: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

4) Карбонат кальция ($CaCO_3$) можно получить, пропуская диоксид углерода ($CO_2$) через раствор гидроксида кальция ($\text{Ca(OH)}_2$), известный как известковая вода. Это качественная реакция на углекислый газ, в результате которой выпадает белый осадок карбоната кальция.
Уравнение реакции: $\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$.
Ответ: $\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

2. Дополните схему реакции. Расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

$C + HNO_3 \rightarrow \text{_______} + NO_2 + \text{_______}$

Решение

Данная реакция является окислительно-восстановительной. В ней углерод (C), простое вещество, взаимодействует с концентрированной азотной кислотой (HNO₃), которая является сильным окислителем.

1. Дополнение схемы реакции.

В ходе реакции углерод окисляется до своего высшего оксида — диоксида углерода ($CO_2$). Азотная кислота, как сильный окислитель, восстанавливается. Согласно условию, продуктом восстановления является диоксид азота ($NO_2$). Третьим продуктом реакции является вода ($H_2O$), которая образуется из атомов водорода кислоты и кислорода.

Таким образом, полная схема реакции выглядит следующим образом:

$C + HNO_3 \rightarrow CO_2 + NO_2 + H_2O$

2. Расстановка коэффициентов методом электронного баланса.

Определим степени окисления элементов в каждом веществе до и после реакции:

$\stackrel{0}{C} + H\stackrel{+1}{N}\stackrel{+5}{O_3}\stackrel{-2}{} \rightarrow \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+4}{N}\stackrel{-2}{O_2} + H_2\stackrel{+1}{O}\stackrel{-2}{}$

Из схемы видно, что степени окисления изменили углерод и азот:

• Углерод (C) повысил степень окисления с 0 до +4. Он является восстановителем, так как отдает электроны (окисляется).
• Азот (N) понизил степень окисления с +5 до +4. Азотная кислота (за счет азота) является окислителем, так как принимает электроны (восстанавливается).

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ (процесс окисления)

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ (процесс восстановления)

Теперь необходимо уравнять число отданных и принятых электронов. Наименьшее общее кратное для чисел 4 и 1 равно 4. Найдем множители для каждой полуреакции:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 4

Эти множители являются коэффициентами в уравнении реакции для веществ, содержащих данные элементы. Коэффициент 1 ставим перед $C$ и $CO_2$. Коэффициент 4 ставим перед $HNO_3$ и $NO_2$.

$1C + 4HNO_3 \rightarrow 1CO_2 + 4NO_2 + H_2O$

Осталось уравнять количество атомов водорода и кислорода.

• Водород (H): Слева в $4HNO_3$ находится 4 атома водорода. Справа в $H_2O$ их пока 2. Чтобы уравнять, ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

• Кислород (O): Проверим баланс атомов кислорода. Слева в $4HNO_3$ их 4 * 3 = 12. Справа в $CO_2$ — 2, в $4NO_2$ — 4 * 2 = 8, в $2H_2O$ — 2 * 1 = 2. Итого справа: 2 + 8 + 2 = 12.

Количество всех атомов слева и справа одинаково. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

3. Заполните схему «Области применения активированного угля», используя дополнительные источники информации.

(S) rsqhbygt 3 o msnms t os qsbnsrrqsq hnsb

$ = AI + O $

МНЕНАВЭ ЕИНЕНМ

Активированный

уголь

q3 3 rsqhbygt g os qsbnsrrqsq hnsb

(a) b rsqhbygt 3 s msnms t os qsbnsrrqsq hnsb

$ = IS + O $

4. Адсорбция —

Решение

Активированный уголь — это вещество с высокоразвитой пористой структурой, благодаря которой он обладает большой удельной поверхностью и, как следствие, отличными адсорбционными свойствами. Это позволяет ему поглощать (адсорбировать) на своей поверхности различные вещества из жидкостей и газов. Данное свойство определяет широчайший спектр его применения. Схему «Области применения активированного угля» можно заполнить следующими основными направлениями:

Медицина и фармацевтика

В медицине активированный уголь используется как универсальный энтеросорбент. Его применяют при пищевых и химических отравлениях, лекарственных передозировках, кишечных инфекциях и других интоксикациях организма. Попадая в желудочно-кишечный тракт, он связывает и выводит токсины, яды, аллергены, соли тяжелых металлов и продукты обмена, не давая им всосаться в кровь.

Очистка воды

Это одна из самых важных и распространенных областей применения. Активированный уголь является ключевым компонентом в бытовых и промышленных фильтрах для воды. Он эффективно удаляет из воды остаточный хлор, органические соединения (включая пестициды и нефтепродукты), которые ухудшают вкус и запах воды. В результате вода становится более чистой, прозрачной и приятной для питья.

Очистка воздуха и газов

Способность поглощать газообразные вещества делает активированный уголь незаменимым в системах фильтрации воздуха. Он используется в промышленных установках для очистки выбросов от вредных паров и газов, в системах вентиляции и кондиционирования зданий, в бытовых воздухоочистителях, а также является основным фильтрующим материалом в средствах индивидуальной защиты органов дыхания — противогазах и респираторах.

Промышленность (пищевая, химическая и др.)

В пищевой промышленности уголь применяют для осветления и очистки (рафинации) сахарных сиропов, растительных масел, алкогольных напитков (например, водки) от нежелательных примесей, влияющих на цвет и вкус. В химической промышленности он используется как носитель для катализаторов или для улавливания паров растворителей. Также он применяется в золотодобывающей промышленности для извлечения золота из растворов.

Ответ: Основные области применения активированного угля, которыми можно заполнить схему: медицина (в качестве сорбента при отравлениях), очистка воды (в бытовых и промышленных фильтрах), очистка воздуха и газов (в противогазах, респираторах, промышленных фильтрах), а также различные отрасли промышленности (пищевая, химическая, золотодобывающая).

4. Найдите объем метана (н. у.), который образуется при полном гидролизе смеси карбида и оксида алюминия массой 384 г, в которой массовая доля оксида составляет 25 %.

Дано:

взаимодействие с ядовитым кисл

120 (гора)

$CO_2$

Решение:

$2H=$

ОКСИДЫ ИХ ЗАКОНО

Дано:

$m_{смеси}(Al_4C_3 + Al_2O_3) = 384 \ г$

$\omega(Al_2O_3) = 25 \% \ (0.25)$

Найти:

$V(CH_4) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции гидролиза карбида алюминия. Оксид алюминия является инертным веществом в данном процессе и с водой при нормальных условиях не реагирует. Метан образуется только в результате реакции карбида алюминия с водой:

$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 \downarrow + 3CH_4 \uparrow$

2. Рассчитаем массу оксида алюминия в смеси, используя его массовую долю:

$m(Al_2O_3) = m_{смеси} \cdot \omega(Al_2O_3) = 384 \ г \cdot 0.25 = 96 \ г$

3. Найдем массу карбида алюминия, который вступает в реакцию:

$m(Al_4C_3) = m_{смеси} - m(Al_2O_3) = 384 \ г - 96 \ г = 288 \ г$

4. Вычислим молярную массу карбида алюминия ($Al_4C_3$):

$M(Al_4C_3) = 4 \cdot M(Al) + 3 \cdot M(C) = 4 \cdot 27 \ г/моль + 3 \cdot 12 \ г/моль = 108 + 36 = 144 \ г/моль$

5. Найдем количество вещества (число моль) карбида алюминия, вступившего в реакцию:

$n(Al_4C_3) = \frac{m(Al_4C_3)}{M(Al_4C_3)} = \frac{288 \ г}{144 \ г/моль} = 2 \ моль$

6. По уравнению реакции определим количество вещества метана. Соотношение количеств веществ карбида алюминия и метана составляет 1:3.

$n(CH_4) = 3 \cdot n(Al_4C_3) = 3 \cdot 2 \ моль = 6 \ моль$

7. Рассчитаем объем метана, образовавшегося при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа ($V_m = 22.4 \ л/моль$):

$V(CH_4) = n(CH_4) \cdot V_m = 6 \ моль \cdot 22.4 \ л/моль = 134.4 \ л$

Ответ: объём метана составляет 134.4 л.