Вариант 1, страница 106 - гдз по химии 7-9 класс дидактические и диагностические материалы Аршанский, Белохвостов

Металлы в Периодической системе — это химические элементы, обладающие определёнными свойствами, такими как высокая электро- и теплопроводность, ковкость, металлический блеск. В приведённых вариантах:

• а) C (углерод) — неметалл.
• б) Cl (хлор) — неметалл (галоген).
• в) Ar (аргон) — неметалл (инертный газ).
• г) Al (алюминий) — металл.

Ответ: г) Al.

2. Металлическая связь характерна для простых веществ-металлов и их сплавов. Проанализируем предложенные ряды веществ:

• а) медь, натрий, латунь — медь и натрий являются металлами, а латунь — это сплав на основе меди. Все эти вещества имеют металлическую связь.
• б) медь, никель, кислород — кислород ($O_2$) является неметаллом с ковалентной неполярной связью.
• в) натрий, гидроксид натрия, нитрат натрия — гидроксид натрия ($NaOH$) и нитрат натрия ($NaNO_3$) являются ионными соединениями.
• г) алюминий, оксид алюминия, хлорид алюминия — оксид алюминия ($Al_2O_3$) и хлорид алюминия ($AlCl_3$) имеют ионную и ковалентную полярную связь соответственно.

Ответ: а) медь, натрий, латунь.

3. Бурная реакция с холодной водой с выделением газа (водорода) характерна для щелочных и некоторых щелочноземельных металлов. Рассмотрим варианты:

• а) Fe (железо) реагирует с водой только при высокой температуре (с водяным паром).
• б) Cu (медь) не реагирует с водой.
• в) Na (натрий) — щелочной металл, бурно реагирует с холодной водой: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$.
• г) Au (золото) — благородный металл, не реагирует с водой.

Ответ: в) Na.

4. Металл будет вытеснять медь из раствора её соли, если он стоит левее (является более активным) в ряду активности металлов. Реакция не будет наблюдаться, если металл менее активен, чем медь.

Ряд активности (фрагмент): ... Al, Zn, Fe, ... H, ... Cu, Pt, Au ...

• а) Zn (цинк) активнее меди, реакция идёт: $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$.
• б) Pt (платина) менее активна, чем медь, реакция не идёт.
• в) Fe (железо) активнее меди, реакция идёт: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.
• г) Al (алюминий) активнее меди, реакция идёт: $2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu$.

Ответ: б) Pt.

5. На графике показана зависимость объёма выделившегося водорода от времени. Скорость химической реакции определяется тангенсом угла наклона касательной к кривой. Чем более активен металл, тем выше скорость реакции и тем круче идёт кривая на графике. Наименее химически активному металлу соответствует самая пологая кривая, так как реакция протекает медленнее всего.

На рисунке кривая 1 имеет наименьший наклон, что соответствует самой низкой скорости реакции.

Ответ: а) 1.

6. Белый известковый налёт (накипь) — это в основном нерастворимые карбонаты кальция ($CaCO_3$) и магния ($MgCO_3$). Чтобы растворить карбонат, необходимо подействовать на него кислотой. При этом образуется растворимая соль, вода и выделяется углекислый газ.

• а) NaOH (гидроксид натрия) — щёлочь, не реагирует с $CaCO_3$.
• б) NaCl (хлорид натрия) — соль, не реагирует с $CaCO_3$.
• в) HCl (соляная кислота) — кислота, реагирует с накипью: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$. Хлорид кальция ($CaCl_2$) растворим в воде.
• г) $Na_2CO_3$ (карбонат натрия) — соль, не будет растворять нерастворимый карбонат.

Ответ: в) HCl.

7. Получение железа из оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) — это процесс восстановления. В промышленности в качестве восстановителя используют уголь (кокс) или угарный газ ($CO$).

• а) песок ($SiO_2$) и в) мел ($CaCO_3$) используются в доменном процессе как флюсы для удаления примесей, но не как восстановители.
• б) сода ($Na_2CO_3$) не используется в этом процессе.
• г) уголь (углерод, C) является сильным восстановителем при высоких температурах: $2Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 4Fe + 3CO_2$.

Ответ: г) углем.

8. В двух пробирках находятся растворы нитрата натрия ($NaNO_3$) и нитрата кальция ($Ca(NO_3)_2$).

1) Предложите реактив для распознавания солей.

Для распознавания этих солей нужно использовать реагент, который будет давать видимую реакцию (например, выпадение осадка) с ионом кальция $Ca^{2+}$, но не с ионом натрия $Na^{+}$. Подходящим реактивом является раствор, содержащий карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$), например, раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$) или карбоната калия ($K_2CO_3$).

При добавлении раствора карбоната натрия к раствору нитрата кальция выпадет белый осадок карбоната кальция, а в пробирке с нитратом натрия видимых изменений не произойдёт.

2) Составьте уравнение возможной химической реакции.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$

Ответ: В качестве реактива можно использовать раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Уравнение реакции: $Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$.

9. Необходимо составить уравнения для следующей цепочки превращений: $Cu \rightarrow CuO \rightarrow CuSO_4 \rightarrow Cu$.

1. $Cu \rightarrow CuO$: Окисление меди кислородом при нагревании.

   $2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

2. $CuO \rightarrow CuSO_4$: Реакция основного оксида меди(II) с серной кислотой.

   $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

3. $CuSO_4 \rightarrow Cu$: Вытеснение меди из раствора её соли более активным металлом, например, цинком или железом.

   $CuSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Cu$

Ответ: 1) $2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$; 2) $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$; 3) $CuSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Cu$.

10. Дано:

$\omega(CuCl_2) = 5,4 \% = 0.054$

$m_{р-ра}(CuCl_2) = 50 \text{ г}$

$\eta = 85 \% = 0.85$

Найти:

1) Уравнение электролиза

2) Процессы окисления-восстановления

3) $m_{теор}(Cu)$ - ?

4) $m_{практ}(Cu)$ - ?

Решение:

1) Составьте уравнение химической реакции электролиза раствора хлорида меди(II).

При электролизе водного раствора хлорида меди(II) на катоде восстанавливается медь, а на аноде окисляются хлорид-ионы. Суммарное уравнение реакции:

$CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu \downarrow + Cl_2 \uparrow$

2) Покажите процессы окисления и восстановления, протекающие на инертных электродах.

Катод (-): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (процесс восстановления)

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ (процесс окисления)

3) Вычислите массу меди, образовавшейся в результате электролиза 5,4%-ного раствора хлорида меди(II) массой 50 г.

Найдем массу хлорида меди(II) в растворе:

$m(CuCl_2) = m_{р-ра} \cdot \omega(CuCl_2) = 50 \text{ г} \cdot 0.054 = 2.7 \text{ г}$

Вычислим молярные массы $CuCl_2$ и $Cu$:

$M(CuCl_2) = 63.5 + 2 \cdot 35.5 = 134.5 \text{ г/моль}$

$M(Cu) = 63.5 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества $CuCl_2$:

$n(CuCl_2) = \frac{m(CuCl_2)}{M(CuCl_2)} = \frac{2.7 \text{ г}}{134.5 \text{ г/моль}} \approx 0.02007 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль $CuCl_2$ образуется 1 моль $Cu$, следовательно:

$n_{теор}(Cu) = n(CuCl_2) \approx 0.02007 \text{ моль}$

Вычислим теоретическую массу меди:

$m_{теор}(Cu) = n_{теор}(Cu) \cdot M(Cu) = 0.02007 \text{ моль} \cdot 63.5 \text{ г/моль} \approx 1.27 \text{ г}$

4) Определите массу меди, которая может быть практически получена, если считать, что выход указанной реакции составит 85 %.

Практическая масса меди рассчитывается с учетом выхода реакции:

$m_{практ}(Cu) = m_{теор}(Cu) \cdot \eta = 1.27 \text{ г} \cdot 0.85 \approx 1.08 \text{ г}$

Ответ: 1) $CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu + Cl_2$; 2) Катод (-): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (восстановление), Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ (окисление); 3) Теоретическая масса меди $1.27$ г; 4) Практическая масса меди $1.08$ г.