Решение задачи 9: Взаимодействие цинка и его соединений с гидроксидом лития

Хорошо, продолжим решать задачи.
Задание 9. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктом(-ами) их взаимодействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА А) \(ZnO + LiOH_{(тв.)}\) Б) \(Zn(OH)_2 + LiOH_{(изб.)} \rightarrow\) В) \(Zn + LiOH_{(р-р)} \rightarrow\) ПРОДУКТ(Ы) ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 1) \(Zn(OH)_2 + Li_2O\) 2) \(Li_2ZnO_2 + H_2O\) 3) \(Li_2[Zn(OH)_4] + H_2\) 4) \(Li_2ZnO_2 + H_2\) 5) \(Li_2[Zn(OH)_4]\)
Решение: Рассмотрим каждую реакцию: А) \(ZnO + LiOH_{(тв.)}\) Оксид цинка (ZnO) — амфотерный оксид. Гидроксид лития (LiOH) — щелочь. При сплавлении (реакция с твердым LiOH) амфотерные оксиды реагируют со щелочами с образованием средней соли — цинката. \(ZnO + 2LiOH \xrightarrow{t} Li_2ZnO_2 + H_2O\) Это соответствует продукту 2.
Б) \(Zn(OH)_2 + LiOH_{(изб.)} \rightarrow\) Гидроксид цинка (\(Zn(OH)_2\)) — амфотерный гидроксид. Гидроксид лития (LiOH) — щелочь. При взаимодействии амфотерного гидроксида с избытком щелочи в растворе образуется комплексная соль. \(Zn(OH)_2 + 2LiOH \rightarrow Li_2[Zn(OH)_4]\) Это соответствует продукту 5.
В) \(Zn + LiOH_{(р-р)} \rightarrow\) Цинк (Zn) — амфотерный металл. Гидроксид лития (LiOH) — щелочь. Амфотерные металлы реагируют со щелочами в растворе с образованием комплексной соли и выделением водорода. \(Zn + 2LiOH + 2H_2O \rightarrow Li_2[Zn(OH)_4] + H_2\) Это соответствует продукту 3.
Соответствие: А - 2 Б - 5 В - 3
Ответ: A: 2 Б: 5 В: 3
Задание 10. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из которых оно может вступать в реакцию: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. ВЕЩЕСТВО А) \(H_2\) Б) \(H_2SO_4\) (разб.) В) \(Al_2O_3\) РЕАГЕНТЫ 1) \(HNO_3\), \(Cu\) 2) \(SiO_2\), \(NaOH\) 3) \(Mg\), \(Fe(OH)_2\) 4) \(FeO\), \(N_2\)
Решение: А) \(H_2\) (водород): Водород — восстановитель. Реагирует с неметаллами, оксидами металлов (менее активных, чем Al), некоторыми металлами. 1) \(HNO_3\), \(Cu\): Водород не реагирует с \(HNO_3\) (как восстановитель, он может восстанавливать азотную кислоту, но обычно это не прямая реакция с \(HNO_3\) как с реагентом для \(H_2\)), и не реагирует с \(Cu\). 2) \(SiO_2\), \(NaOH\): Водород не реагирует с \(SiO_2\) и \(NaOH\). 3) \(Mg\), \(Fe(OH)_2\): Водород реагирует с активными металлами (например, \(2Na + H_2 \rightarrow 2NaH\)), но с магнием реакция идет при высоких температурах. С \(Fe(OH)_2\) водород не реагирует. 4) \(FeO\), \(N_2\): Водород восстанавливает \(FeO\) до Fe (\(FeO + H_2 \xrightarrow{t} Fe + H_2O\)). Водород реагирует с азотом при высоких температурах, давлении и катализаторе (синтез аммиака: \(N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3\)). Значит, для \(H_2\) подходят реагенты 4.
Б) \(H_2SO_4\) (разб.) (разбавленная серная кислота): Разбавленная серная кислота реагирует с металлами (стоящими до водорода в ряду активности), основными оксидами, основаниями, некоторыми солями. 1) \(HNO_3\), \(Cu\): Разбавленная \(H_2SO_4\) не реагирует с \(HNO_3\). С \(Cu\) (металл после водорода) разбавленная \(H_2SO_4\) не реагирует. 2) \(SiO_2\), \(NaOH\): Разбавленная \(H_2SO_4\) не реагирует с \(SiO_2\) (кислотный оксид, нерастворимый в воде). Реагирует с \(NaOH\) (щелочь): \(H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O\). 3) \(Mg\), \(Fe(OH)_2\): Разбавленная \(H_2SO_4\) реагирует с \(Mg\) (металл до водорода): \(Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2\). Реагирует с \(Fe(OH)_2\) (нерастворимое основание): \(Fe(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + 2H_2O\). Значит, для \(H_2SO_4\) (разб.) подходят реагенты 3.
В) \(Al_2O_3\) (оксид алюминия): Оксид алюминия — амфотерный оксид. Реагирует как с кислотами, так и со щелочами. 1) \(HNO_3\), \(Cu\): \(Al_2O_3\) реагирует с \(HNO_3\) (кислота): \(Al_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3H_2O\). \(Al_2O_3\) не реагирует с \(Cu\). 2) \(SiO_2\), \(NaOH\): \(Al_2O_3\) не реагирует с \(SiO_2\) (кислотный оксид, но для реакции нужны очень высокие температуры, и это не типичная реакция). \(Al_2O_3\) реагирует с \(NaOH\) (щелочь): \(Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O\) (при сплавлении) или \(Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]\) (в растворе). Значит, для \(Al_2O_3\) подходят реагенты 2 (если подразумевается реакция с \(NaOH\)).
Перепроверим варианты: А) \(H_2\) с \(FeO\) и \(N_2\). Верно. Б) \(H_2SO_4\) (разб.) с \(Mg\) и \(Fe(OH)_2\). Верно. В) \(Al_2O_3\) с \(SiO_2\) и \(NaOH\). С \(NaOH\) верно. С \(SiO_2\) реакция возможна при очень высоких температурах, но в школьной программе обычно не рассматривается как типичная. Однако, из предложенных вариантов, это наиболее подходящий. \(Al_2O_3\) — амфотерный оксид, \(SiO_2\) — кислотный оксид, \(NaOH\) — щелочь. Реакция \(Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O\) (при сплавлении) или \(Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O\). Если рассматривать \(SiO_2\) как кислотный оксид, то \(Al_2O_3\) может реагировать с ним при высоких температурах, образуя алюмосиликаты. Но это не самая типичная реакция. Давайте еще раз посмотрим на варианты для В) \(Al_2O_3\). 1) \(HNO_3\), \(Cu\): \(Al_2O_3\) реагирует с \(HNO_3\), но не с \(Cu\). 2) \(SiO_2\), \(NaOH\): \(Al_2O_3\) реагирует с \(NaOH\). С \(SiO_2\) реакция возможна при сплавлении. 3) \(Mg\), \(Fe(OH)_2\): \(Al_2O_3\) не реагирует с \(Mg\) и \(Fe(OH)_2\). 4) \(FeO\), \(N_2\): \(Al_2O_3\) не реагирует с \(FeO\) и \(N_2\). Таким образом, вариант 2 является наиболее подходящим, учитывая, что \(Al_2O_3\) реагирует с \(NaOH\), а реакция с \(SiO_2\) возможна в определенных условиях.
Соответствие: А - 4 Б - 3 В - 2
Ответ: A: 4 Б: 3 В: 2
Задание 11. Из предложенного перечня выберите две эндотермические реакции. 1) разложение гидроксида меди(II) 2) взаимодействие фосфора и кислорода 3) разложение карбоната кальция 4) взаимодействие оксида кальция и соляной кислоты 5) взаимодействие воды и оксида фосфора(V)
Решение: Эндотермические реакции — это реакции, протекающие с поглощением теплоты. Обычно это реакции разложения, а также некоторые реакции образования. Экзотермические реакции — это реакции, протекающие с выделением теплоты.
1) Разложение гидроксида меди(II): \(Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O\) Эта реакция разложения протекает при нагревании, то есть с поглощением теплоты. Это эндотермическая реакция.
2) Взаимодействие фосфора и кислорода: \(4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5\) (горение фосфора) Горение — это экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и света.
3) Разложение карбоната кальция: \(CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2\) Эта реакция разложения протекает при нагревании (прокаливание известняка), то есть с поглощением теплоты. Это эндотермическая реакция.
4) Взаимодействие оксида кальция и соляной кислоты: \(CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O\) Это реакция нейтрализации (основного оксида с кислотой), которая обычно является экзотермической.
5) Взаимодействие воды и оксида фосфора(V): \(P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4\) Это реакция образования кислоты из кислотного оксида и воды, которая обычно является экзотермической.
Эндотермические реакции: 1 и 3.
Ответ: 13
Задание 12. Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей между ними реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА А) \(Cu(NO_3)_2\) и \(NaOH\) Б) \(AgNO_3\) и \(Na_3PO_4\) В) \(Cu\) и \(HNO_3\) (конц.) ПРИЗНАК РЕАКЦИИ 1) выпадение желтого осадка 2) выпадение голубого осадка 3) выделение бесцветного газа 4) выделение бурого газа
Решение: А) \(Cu(NO_3)_2\) и \(NaOH\): \(Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3\) В результате реакции образуется гидроксид меди(II) \(Cu(OH)_2\), который представляет собой голубой осадок. Это соответствует признаку 2.
Б) \(AgNO_3\) и \(Na_3PO_4\): \(3AgNO_3 + Na_3PO_4 \rightarrow Ag_3PO_4 \downarrow + 3NaNO_3\) В результате реакции образуется фосфат серебра \(Ag_3PO_4\), который представляет собой желтый осадок. Это соответствует признаку 1.
В) \(Cu\) и \(HNO_3\) (конц.): \(Cu + 4HNO_3 \text{(конц.)} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O\) В результате реакции выделяется оксид азота(IV) \(NO_2\), который представляет собой бурый газ. Это соответствует признаку 4.
Соответствие: А - 2 Б - 1 В - 4
Ответ: A: 2 Б: 1 В: 4
Задание 13. При полной диссоциации 1 моль каких двух из представленных веществ образуется 2 моль катионов? 1) гидроксид меди(II) 2) нитрат кальция 3) хлорид железа(II) 4) сульфат железа(III) 5) карбонат аммония
Решение: Катионы — это положительно заряженные ионы. Нам нужно найти вещества, которые при полной диссоциации 1 моль образуют 2 моль катионов.
1) Гидроксид меди(II) \(Cu(OH)_2\): Это нерастворимое основание, практически не диссоциирует в воде. Если бы диссоциировал, то \(Cu(OH)_2 \rightarrow Cu^{2+} + 2OH^-\). Образовался бы 1 моль катионов \(Cu^{2+}\). Не подходит.
2) Нитрат кальция \(Ca(NO_3)_2\): \(Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^-\) При диссоциации 1 моль \(Ca(NO_3)_2\) образуется 1 моль катионов \(Ca^{2+}\). Не подходит.
3) Хлорид железа(II) \(FeCl_2\): \(FeCl_2 \rightarrow Fe^{2+} + 2Cl^-\) При диссоциации 1 моль \(FeCl_2\) образуется 1 моль катионов \(Fe^{2+}\). Не подходит.
4) Сульфат железа(III) \(Fe_2(SO_4)_3\): \(Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-}\) При диссоциации 1 моль \(Fe_2(SO_4)_3\) образуется 2 моль катионов \(Fe^{3+}\). Подходит.
5) Карбонат аммония \((NH_4)_2CO_3\): \((NH_4)_2CO_3 \rightarrow 2NH_4^+ + CO_3^{2-}\) При диссоциации 1 моль \((NH_4)_2CO_3\) образуется 2 моль катионов \(NH_4^+\). Подходит.
Вещества, образующие 2 моль катионов при полной диссоциации 1 моль: 4 и 5.
Ответ: 45
Задание 14. Выберите два исходных вещества, взаимодействию которых соответствует сокращенное ионное уравнение реакции \[ 2H^+ + S^{2-} = H_2S \] 1) \(Na_2S\) 2) \(H_2SiO_3\) 3) \(ZnS\) 4) \(HF\) 5) \(S\) 6) \(HBr\)
Решение: Сокращенное ионное уравнение \(2H^+ + S^{2-} = H_2S\) показывает, что для протекания реакции необходимы ионы водорода \(H^+\) (из кислоты) и сульфид-ионы \(S^{2-}\) (из растворимого сульфида). В результате образуется сероводород \(H_2S\), который является слабым электролитом и газом.
Рассмотрим предложенные вещества: 1) \(Na_2S\) (сульфид натрия): Это растворимая соль, которая диссоциирует на \(2Na^+\) и \(S^{2-}\). Является источником \(S^{2-}\) ионов. 2) \(H_2SiO_3\) (кремниевая кислота): Это слабая кислота, нерастворима, не является источником \(H^+\) и не содержит \(S^{2-}\). 3) \(ZnS\) (сульфид цинка): Это нерастворимая соль, практически не диссоциирует, не является источником \(S^{2-}\) ионов в растворе. 4) \(HF\) (фтороводородная кислота): Это кислота, диссоциирует на \(H^+\) и \(F^-\). Является источником \(H^+\) ионов. 5) \(S\) (сера): Это простое вещество, не диссоциирует, не является источником \(S^{2-}\) ионов. 6) \(HBr\) (бромоводородная кислота): Это сильная кислота, диссоциирует на \(H^+\) и \(Br^-\). Является источником \(H^+\) ионов.
Для получения \(H_2S\) из \(H^+\) и \(S^{2-}\) нам нужны: - Источник \(S^{2-}\) ионов: \(Na_2S\) (1). - Источник \(H^+\) ионов: \(HF\) (4) или \(HBr\) (6).
Если мы возьмем \(Na_2S\) и \(HF\): \(Na_2S + 2HF \rightarrow 2NaF + H_2S \uparrow\) Ионное уравнение: \(2Na^+ + S^{2-} + 2H^+ + 2F^- \rightarrow 2Na^+ + 2F^- + H_2S \uparrow\) Сокращенное ионное: \(S^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2S \uparrow\) Подходит.
Если мы возьмем \(Na_2S\) и \(HBr\): \(Na_2S + 2HBr \rightarrow 2NaBr + H_2S \uparrow\) Ионное уравнение: \(2Na^+ + S^{2-} + 2H^+ + 2Br^- \rightarrow 2Na^+ + 2Br^- + H_2S \uparrow\) Сокращенное ионное: \(S^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2S \uparrow\) Подходит.
В задании нужно выбрать два исходных вещества. Таким образом, можно выбрать 1 и 4, или 1 и 6. Обычно в таких заданиях подразумевается, что нужно выбрать один источник катионов и один источник анионов. Если выбрать 1 и 4: \(Na_2S\) и \(HF\). Если выбрать 1 и 6: \(Na_2S\) и \(HBr\). Оба варианта верны. Предположим, что нужно выбрать один из вариантов, где есть кислота и соль. Выберем 1 и 4.
Ответ: 14 (или 16)
Задание 15. Установите соответствие между схемой процесса, происходящего в окислительно-восстановительной реакции, и названием этого процесса: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. СХЕМА ПРОЦЕССА А) \(N^0 \rightarrow N^{-3}\) Б) \(Cu^{+1} \rightarrow Cu^{+2}\) В) \(C^{+2} \rightarrow C^0\) НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА 1) окисление 2) восстановление
Решение: Окисление — это процесс отдачи электронов, при котором степень окисления элемента повышается. Восстановление — это процесс присоединения электронов, при котором степень окисления элемента понижается.
А) \(N^0 \rightarrow N^{-3}\): Степень окисления азота изменяется от 0 до -3. Степень окисления понижается, значит, азот принимает электроны. Это процесс восстановления. Соответствует названию 2.
Б) \(Cu^{+1} \rightarrow Cu^{+2}\): Степень окисления меди изменяется от +1 до +2. Степень окисления повышается, значит, медь отдает электроны. Это процесс окисления. Соответствует названию 1.
В) \(C^{+2} \rightarrow C^0\): Степень окисления углерода изменяется от +2 до 0. Степень окисления понижается, значит, углерод принимает электроны. Это процесс восстановления. Соответствует названию 2.
Соответствие: А - 2 Б - 1 В - 2
Ответ: A: 2 Б: 1 В: 2