Контрольная работа № 4. Металлы. 9 кл Вариант 1 1. Укажите верные утверждения: а) металлы электропроводны; б) электронная схема строения атома магния: 2, 8, 1; в) в жёсткой воде содержатся ионы Ca2+, Mg2+; г) цинк встречается в природе в самородном состоянии. 2. Большинство металлических изделий изготовлено из различных сплавов. Дайте определение понятия «сплавы». Приведите примеры двух сплавов железа. 3. Составьте уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах: a) Ag + HCI → 6) Mg + ZnSO4→ B) Fe + H2SO4 → 4. В результате восстановления водородом оксида меди (II) массой 96 г получили медь массой 70 г. Рассчитайте практический выход (%) металла. 5. Осуществите превращения: Zn → Y→ Zn(OH)2 → ZnOY → Zn В уравнении первой реакции расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

1. Верные утверждения:

1. а) Металлы обладают электропроводностью — это одно из их важнейших физических свойств.
2. в) В жесткой воде содержатся ионы Ca²⁺ и Mg²⁺. Жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворенных солей кальция и магния.

Обоснование:

• б) неверно: Электронная схема атома магния (Z=12) — 2, 8, 2. Последний электрон находится на внешнем энергетическом уровне.
• г) неверно: Цинк в природе встречается в виде оксидов (цинковая обманка - ZnS), карбонатов (сфалерит - ZnCO₃), но не в самородном состоянии. Самородные металлы — это, как правило, благородные металлы (золото, платина) или некоторые металлы, находящиеся в земной коре ниже водорода по электрохимическому ряду напряжений.

2. Определение сплавов и примеры:

Сплавы — это вещества, состоящие из двух или более компонентов, являющихся металлами или металлами и неметаллами, находящиеся в расплавленном состоянии.

Примеры сплавов железа:

• Сталь: сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2,14%), а также с другими легирующими элементами (хром, никель, марганец и др.).
• Чугун: сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2,14%), кремнием, марганцем и другими элементами.

3. Уравнения реакций:

а) Ag + HCl →

Серебро (Ag) — малоактивный металл, стоящий после водорода в электрохимическом ряду напряжений. Оно не реагирует с соляной кислотой (HCl) в обычных условиях.

• Молекулярная форма: Реакция не идет.
• Ионная форма: Реакция не идет.

б) Mg + ZnSO₄ →

• Молекулярная форма:
  $$ Mg + ZnSO_4 \rightarrow MgSO_4 + Zn $$
• Полная ионная форма:
  $$ Mg + Zn^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + Zn $$
• Сокращенная ионная форма:
  $$ Mg + Zn^{2+} \rightarrow Mg^{2+} + Zn $$

Обоснование: Магний (Mg) — более активный металл, чем цинк (Zn), поэтому он вытесняет цинк из раствора его соли.

в) Fe + H₂SO₄ →

Железо (Fe) реагирует с разбавленной серной кислотой (H₂SO₄) с образованием сульфата железа(II) и выделением водорода.

• Молекулярная форма:
  $$ Fe + H_2SO_4(разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2 \text{↑} $$
• Полная ионная форма:
  $$ Fe + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + H_2 \text{↑} $$
• Сокращенная ионная форма:
  $$ Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2 \text{↑} $$

4. Расчет практического выхода:

Дано:

• Масса CuO = 96 г
• Масса Cu = 70 г

Найти: Практический выход (%)

Решение:

1. Молярная масса CuO:

$$ M(CuO) = M(Cu) + M(O) = 64 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 80 \text{ г/моль} $$

2. Количество вещества CuO:

$$
u(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{96 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 1.2 \text{ моль} $$

3. Теоретическая масса Cu:

По уравнению реакции восстановления оксида меди(II) водородом:


$$ CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O $$

Из уравнения видно, что из 1 моль CuO образуется 1 моль Cu. Следовательно, из 1.2 моль CuO образуется 1.2 моль Cu.


$$ M(Cu) = 64 \text{ г/моль} $$
$$ m_{теор}(Cu) =
u(Cu) \times M(Cu) = 1.2 \text{ моль} \times 64 \text{ г/моль} = 76.8 \text{ г} $$

4. Практический выход (%):

$$ \text{Выход} = \frac{m_{практ}(Cu)}{m_{теор}(Cu)} \times 100% = \frac{70 \text{ г}}{76.8 \text{ г}} \times 100% \text{ ≈ } 91.15% $$

Ответ: Практический выход металла ≈ 91.15%.

5. Превращения:

Zn → Y → Zn(OH)₂ → ZnO → Zn

Чтобы осуществить эти превращения, нам нужно определить неизвестные вещества Y и промежуточные продукты.

1. Zn → Y
   Цинк может реагировать с кислотами или щелочами. Если Y - это соль, то реакция может быть, например, с раствором кислоты:

$$ Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \text{↑} $$
В этом случае Y = ZnCl₂.
2. Y → Zn(OH)₂
   Если Y = ZnCl₂, то для получения гидроксида цинка необходимо добавить щелочь:

$$ ZnCl_2 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \text{↓} + 2NaCl $$
Здесь Zn(OH)₂ — это осадок гидроксида цинка.
3. Zn(OH)₂ → ZnO
   Гидроксид цинка при нагревании разлагается до оксида цинка:

$$ Zn(OH)_2 \text{ (t°C)} \rightarrow ZnO + H_2O $$
Здесь ZnO — оксид цинка.
4. ZnO → Zn
   Оксид цинка можно восстановить до цинка, например, водородом при нагревании:

$$ ZnO + H_2 \text{ (t°C)} \rightarrow Zn + H_2O $$
или с помощью более активного металла (например, алюминия):
$$ 3ZnO + 2Al \text{ (t°C)} \rightarrow 3Zn + Al_2O_3 $$

Уравнение первой реакции с электронным балансом:

Zn → Y

Если мы рассматриваем реакцию Zn с HCl:

$$ Zn^0 + 2H^+ Cl^- \rightarrow Zn^{2+} Cl_2^- + H_2^0 \text{↑} $$

Электронный баланс:

• Окисление: Zn⁰ - 2e^- → Zn²⁺ (восстановитель)
• Восстановление: 2H⁺ + 2e^- → H₂⁰ (окислитель)

Коэффициенты: 1 для Zn, 1 для H₂.

Указание окислителя и восстановителя:

• Восстановитель: Цинк (Zn)
• Окислитель: Ионы водорода (H⁺)

Таким образом, полная схема превращений (один из возможных вариантов):

Zn → ZnCl₂ → Zn(OH)₂ → ZnO → Zn