Решение задачи по химии: Вариант II

II Вариант

1. Для изучения естественнонаучных дисциплин используют различные методы познания. Например, моделирование, наблюдение, измерение, описание, эксперимент. Рисунки 1-3 иллюстрируют использование некоторых из перечисленных методов познания:

2. Охарактеризуйте химический элемент №20 на основании его положения в ПСХЭ Д.И.Менделеева по следующему плану:

Элемент №20 – это Кальций (Ca).

• состав атомного ядра (заряд ядра изотопа \(^{20}_{40}Ca\)):

Заряд ядра: +20

Число протонов: 20

Число нейтронов: 40 - 20 = 20



• общее число электронов в атоме, их распределение по энергетическим уровням и подуровням (электронная конфигурация атома):

Общее число электронов: 20

Распределение по энергетическим уровням: 2, 8, 8, 2

Электронная конфигурация: \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2\)



• семейство элементов:

s-элемент



• металл или неметалл:

Металл



• формула и тип высшего оксида, формула и характер соответствующего ему гидроксида:

Высший оксид: \(CaO\) (основный оксид)

Гидроксид: \(Ca(OH)_2\) (основание)



• летучего водородного соединения (если имеется):

Не образует летучего водородного соединения, так как является металлом.



• максимальная и минимальная степени окисления:

Максимальная степень окисления: +2

Минимальная степень окисления: 0 (в простом веществе)



• доказать характер соединений, назвать вещества:

Оксид кальция \(CaO\) – основный оксид. Реагирует с кислотами: \(CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O\). Реагирует с кислотными оксидами: \(CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3\).

Гидроксид кальция \(Ca(OH)_2\) – основание (щелочь, если растворим). Реагирует с кислотами: \(Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O\). Реагирует с кислотными оксидами: \(Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O\).



• заполнить таблицу:

3. Определить тип химической связи и схему ее образования в веществах, формулы которых:

• \(NH_3\):

Тип связи: Ковалентная полярная.

Схема образования: Атом азота (N) образует три ковалентные связи с тремя атомами водорода (H). Азот имеет неподеленную электронную пару. Электроны смещены к более электроотрицательному азоту.



• \(O_2\):

Тип связи: Ковалентная неполярная.

Схема образования: Два атома кислорода (O) образуют двойную ковалентную связь. Электроны распределены равномерно между одинаковыми атомами.



• \(NaCl\):

Тип связи: Ионная.

Схема образования: Атом натрия (Na) отдает один электрон атому хлора (Cl), превращаясь в положительный ион \(Na^+\), а атом хлора принимает этот электрон, превращаясь в отрицательный ион \(Cl^-\). Между разноименно заряженными ионами возникает электростатическое притяжение.

4. Дана схема окислительно-восстановительной реакции:

\[Cl_2 + SO_2 + H_2O = HCl + H_2SO_4\]

• Составьте электронный баланс этой реакции.

Определим степени окисления элементов:

\(Cl_2^0 + S^{+4}O_2^{-2} + H_2O = H^{+1}Cl^{-1} + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2}\)




Изменение степеней окисления:

\(Cl_2^0 \rightarrow 2Cl^{-1}\) (хлор понижает степень окисления, принимает электроны, является окислителем)

\(S^{+4} \rightarrow S^{+6}\) (сера повышает степень окисления, отдает электроны, является восстановителем)




Электронный баланс:

\(Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}\) | 1 (окислитель)

\(S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}\) | 1 (восстановитель)



• Укажите окислитель и восстановитель.

Окислитель: \(Cl_2\) (хлор)

Восстановитель: \(SO_2\) (диоксид серы)



• Запишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, схема которой приведена.

Уравнение реакции с коэффициентами:

\[Cl_2 + SO_2 + 2H_2O = 2HCl + H_2SO_4\]

5. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме:

• сульфат меди + гидроксид натрия:

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение:

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



• карбонат натрия + соляная кислота:

Молекулярное уравнение:

\[Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow\]

Полное ионное уравнение:

\[2Na^{+} + CO_3^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + H_2O + CO_2 \uparrow\]

Сокращенное ионное уравнение:

\[CO_3^{2-} + 2H^{+} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow\]



• серная кислота + гидроксид калия:

Молекулярное уравнение:

\[H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O\]

Полное ионное уравнение:

\[2H^{+} + SO_4^{2-} + 2K^{+} + 2OH^{-} \rightarrow 2K^{+} + SO_4^{2-} + 2H_2O\]

Сокращенное ионное уравнение:

\[2H^{+} + 2OH^{-} \rightarrow 2H_2O\]

или

\[H^{+} + OH^{-} \rightarrow H_2O\]

6. В 180 граммах воды растворили 20 граммов хлорида калия. Определить массовую долю хлорида калия в полученном растворе.

Дано:

Масса воды (\(m_{воды}\)) = 180 г

Масса хлорида калия (\(m_{KCl}\)) = 20 г

Найти: Массовая доля хлорида калия (\(\omega_{KCl}\))

Решение:

1. Найдем массу полученного раствора:

Масса раствора = Масса воды + Масса хлорида калия

\[m_{раствора} = m_{воды} + m_{KCl}\]

\[m_{раствора} = 180 \text{ г} + 20 \text{ г} = 200 \text{ г}\]

2. Рассчитаем массовую долю хлорида калия в растворе:

Массовая доля = (Масса растворенного вещества / Масса раствора) * 100%

\[\omega_{KCl} = \frac{m_{KCl}}{m_{раствора}} \cdot 100\%\]

\[\omega_{KCl} = \frac{20 \text{ г}}{200 \text{ г}} \cdot 100\%\]

\[\omega_{KCl} = 0.1 \cdot 100\% = 10\%\]

Ответ: Массовая доля хлорида калия в полученном растворе составляет 10%.

7. Осуществить превращения по схеме:

\[Cu \rightarrow CuO \rightarrow CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow Cu\]

1. \(Cu \rightarrow CuO\)

Медь реагирует с кислородом при нагревании, образуя оксид меди(II).

\[2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO\]

2. \(CuO \rightarrow CuSO_4\)

Оксид меди(II) реагирует с серной кислотой, образуя сульфат меди(II) и воду.

\[CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O\]

3. \(CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\)

Сульфат меди(II) реагирует со щелочью (например, гидроксидом натрия), образуя гидроксид меди(II) (выпадает в осадок) и сульфат натрия.

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

4. \(Cu(OH)_2 \rightarrow CuO\)

Гидроксид меди(II) разлагается при нагревании, образуя оксид меди(II) и воду.

\[Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O\]

5. \(CuO \rightarrow Cu\)

Оксид меди(II) восстанавливается до меди при нагревании с водородом или углеродом.

\[CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O\]

или

\[2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2\]