ГДЗ Химия 9 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §10 ПОЛУЧЕНИЕ НЕМЕТАЛЛОВ
Во всех упражнениях
красным цветом приводится решение,
а фиолетовым ― объяснение.
ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. В каком виде встречаются неметаллы в природе?
В свободном виде и в форме соединений.
Приведите примеры.
В свободном виде в природе встречаются благородные газы, кислород, азот, сера, углерод, мышьяк, а в составе соединений ― фосфор, кремний, германий, бор и некоторые другие.

Упражнение 2. Что такое фракционная перегонка воздуха? На каких физических свойствах компонентов основан этот способ разделения воздуха?
Это физический способ разделение смеси газов, которой является воздух, на отдельные компоненты (фракции), основанный на различной температуре кипения компонентов воздуха.
Какие продукты получают в результате фракционной перегонки жидкого воздуха?
Азот, кислород, благородные газы.

Упражнение 3. Что представляет собой электролиз?
Химические реакции, протекающие под действием электрического тока, называют электролизом.
Какие виды электролиза различают?
Различают электролиз растворов и электролиз расплавов.
Какие продукты получают с помощью каждого вида?
Электролизом расплавов получают фосфор, кремний, а электролизом растворов фтор, хлор, водород.

Упражнение 4. Соотнесите принцип промышленного способа получения неметалла и неметалла (обозначается одинаковым цветом).
Принцип промышленного
способа получения неметалла
Неметалл
А) Выделение из воздуха
Б) Восстановление
В) Окисление



1) Кислород
2) Кремний
3) Фосфор
4) Хлор
5) Азот
6) Иод
Ответ: А - 1, 5; Б - 2, 3; В - 4, 6
Обоснуйте свой ответ.
А) поскольку кислород и азот являются компонентами природной смеси воздуха и имеют разные температуры кипения в жидком состоянии.
Б) поскольку элементы кремний и фосфор в составе соединений проявляют положительную степень окисления Si+4, P+5 (находятся в природных соединениях в окисленном состоянии).
Si+4 +4e → Si0 ―  процесс восстановления
Р+5 +5e → Si0 ―  процесс восстановления
В) поскольку элементы хлора и иода в составе соединений проявляют отрицательную степень окисления (находятся в природных соединениях в восстановленном состоянии).
2Cl-1 -2e → Cl20 ―  процесс окисления
2I-1 +2e → I20 ―  процесс окисления

ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Приведите примеры природных веществ, в которых неметаллы находятся в отрицательных, нулевой и положительных степенях окисления.
В отрицательных степенях окисления: флюорит СаР2-1, криолит Nа3AlFб-1, фторапатит, галит NaСl-1, сильвин КСl-1 и др.
В нулевой степени окисления: кислород О2, азот N2, аргон Ar, сера S и др.
В положительных степенях окисления: фосфорит и апатит, составной частью которых является Саз+5О4)2, а также фторапатит, содержащий ЗСаз+5О4)2•СаР2, песок (оксид кремния (IV) S+4O2) и др.
Какие способы — физические или химические — лежат в основе получения каждого из этих неметаллов в чистом виде?
Физический способ лежит в основе выделения простых веществ из природных смесей, а именно: получение кислорода, азота, аргона фракционной перегонкой, или ректификацией воздуха, а также серы из пластов земной коры.
Химический способ лежит в основе восстановления неметаллов, входящих в состав минералов, для получение фосфора, кремния, а также окисление природных смесей для получения галогенов, водорода.

Упражнение 2. Какие массы кислорода и азота можно получить из 2000 м3 воздуха (н.у.), в котором объёмная доля кислорода составляет 21%, а азота — 78%?
Дано: V(воздуха)=2000 м3, φ(О2)=21%, φ(N2)=78%
Найти: m(О)-? m(N)-?
Решение

1-й способ
1.
Рассчитываем объем кислорода и азота в воздухе.
V(O2)=V(воздуха)•φ(O2):100%=2000 м3 • 21% : 100%=420 м3
V(N2)=V(воздуха)•φ(N2):100%=2000 м3 • 78% : 100%=1560 м3
2.
Рассчитываем плотность кислорода и азота при н.у.
ρ(O2)=М(O2):VM=32 кг/кмоль : 22,4 м3/кмоль=1,42 кг/м3
ρ(N2)=М(N2):VM=28 кг/кмоль : 22,4 м3/кмоль=1,25 кг/м3
3.
Рассчитываем массу кислорода и азота.
m(O2)=V(O2)•ρ(O2)=420 м3 • 1,42 кг/м3=596,4 кг
m(N2)=V(N2)•ρ(N2)=1560 м3 • 1,25 кг/м3=1950 кг

2-й способ
1.
Рассчитываем объем кислорода и азота в воздухе.
V(O2)=V(воздуха)•φ(O2):100%=2000 м3 • 21% : 100%=420 м3
V(N2)=V(воздуха)•φ(N2):100%=2000 м3 • 78% : 100%=1560 м3

2. Рассчитываем количество вещества кислорода и азота.
ʋ(O2)=V(O2):VM=420 м3 : 22,4 м3/кмоль=18,75 кмоль

ʋ(N2)=V(N2):VM=1560 м3 : 22,4 м3/кмоль=69,64 кмоль
3.
Рассчитываем массу кислорода и азота.
m(O2)=ʋ(O2)•М(O2)=18,75 кмоль • 32 кг/кмоль=600 кг

m(N2)=ʋ(N2)•М(N2)=69,64 кмоль • 28 кг/кмоль=1950 кг
Ответ: 596,4 кг кислорода и 1950 кг азота

Упражнение 3. Массовые доли элементов в минерале аурипигменте равны: мышьяк — 61%, сера — 39%. Определите формулу минерала.
Дано: соединение AsхSy, ω(As)=61%, или 0,61, ω(S)=39%, или 0,39
Найти: формулу AsxSy-?
Решение

1-й способ
Находим соотношение атомов мышьяка и серы в соединении как деление числовых значений массовых долей химических элементов, входящих в состав данного соединения, на их относительные атомные массы:
х:у=ω(As)/Ar(As) : ω(S)/Ar(S)=61/75 : 39/32=0,813:1,218
Если соотношение между атомами выражено не целыми, а дробными числами, то считаем, что меньшее число (0,813) равно единице и большее число делим на него:
х:у=0,813/0,813 : 1,218/0,813=1:1,5

Приведем к ближайшему целому числу соотношение, умножив на 2, получим:
х:у=(12):(1,52)=2:3, следовательно формула имеет вид As2S3
2-й способ
В 100 г минерала аурипигмента масса атомов мышьяка составляет 61 г, а атомов серы 39 г.  Рассчитываем соотношение индексов в формуле (соотношение количества веществ элементов):
х:у=ʋ(As):ʋ(S)=m(As)/M(As) : m(S)/M(S)=61/75 : 39/32=0,813:1,218
Если соотношение между атомами выражено не целыми, а дробными числами, то считаем, что меньшее число (0,813) равно единице и большее число делим на него:
х:у=0,813/0,813 : 1,218/0,813=1:1,5

Приведем к ближайшему целому числу соотношение, умножив его на 2, получим:
х:у=(12):(1,52)=2:3, следовательно формула имеет вид As2S3

3-й способ
1. С формулы вычисления массовой доли элемента ω(As)=xAr(As):M(AsxSу) выражаем молярную массу cоединения:
M(AsxSу)=xAr(As)/ω(As)=75х/0,61=123х
По определению M(AsxSу)=xAr(As)+yAr(S)=75x+32y
Приравняем левую и правую части выражений, получим уравнение:
123х=75х+32у
123х-75х=32у
48х=32у

у=48х:32
у=1,5х
Приведем к ближайшему целому числу соотношение, умножив его на 2, получим:
2у=3х, отсюда по свойству пропорции х:у=2:3, что соответствует формуле As2S3
Ответ: As2S3

Упражнение 4. Какую массу фосфора можно получить из 387,5 кг фосфорита, массовая доля фосфата кальция в котором составляет 80%?
Дано: m(фосфорита)=387,5 кг, ω(Са3(РО4)2)=80%
Найти: m(Р)—?
Решение

1-й способ
1.
Рассчитаем массу фосфата кальция Са3(РО4)2 в фосфорите:
m(Са3(РО4)2)=(ω(Са3(РО4)2)•m(фосфорита)):100%=(80%•387,5 кг):100%=310 кг

2. Рассчитаем массовую долю фосфора в фосфате кальция.
Mr(Ca3(PO4)2)=3Ar(Ca)+2Ar(P)+8Ar(O)=3•40+231+8•16=310
ω(P)=(2Ar(P):Mr(Ca3(PO4)2)100%=(2•31:310)100%=20%

3.
Рассчитаем массу фосфора в фосфате кальция:
m(Р)=ω(Р)•m(Ca3(PO4)2):100%=20%•310 кг:100%=62 кг

2-й способ
1. Рассчитаем массу фосфата кальция Са3(РО4)2 в фосфорите:
m(Са3(РО4)2)=(ω(Са3(РО4)2)•m(фосфорита)):100%=(80%•387,5 кг):100%=310 кг

2. Рассчитаем количество вещества фосфата кальция Са3(РО4)2.
Mr(Ca3(PO4)2)=3Ar(Ca)+2Ar(P)+8Ar(O)=3•40+231+8•16=310, поэтому М(Са3(РО4)2)=310 кг/кмоль

ʋ(Са3(РО4)2)=m(Са3(РО4)2):М(Са3(РО4)2)=310 кг : 310 кг/кмоль=1 кмоль
3. Рассчитаем количество вещества фосфора в фосфате кальция Са3(РО4)2.
ʋ(Р)=2ʋ(Са3(РО4)2)=2•1 кмоль=2 кмоль

4. Рассчитаем массу фосфора.
Mr(Р)=Ar(Р)=31, поэтому М(Р)=31 кг/кмоль

m(Р)=ʋ(Р)М(Р)=2 кмоль  31 кг/кмоль=62 кг
Ответ: 62 кг фосфора


Упражнение 5. Одним из промышленных способов получения кремния является восстановление его из оксида металлическим магнием. Какую массу песка, содержащего 96% оксида кремния (IV), и какую массу магния необходимо взять для получения 84 г кремния?
Дано: ω(SiO2)=96%, m(Si)=84 г
Найти: m(песка)—?, m(Mg)—?
Решение
1-й способ
1.
Количество вещества кремния массой 84 г рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(Si)=28, поэтому M(Si)=28 г/моль
ʋ(Si)=m(Si)/M(Si)=84 кг : 28 г/моль=3 моль
2. Составим химическое уравнение:

SiO2  +  2Mg = Si + 2MgO
По уравнению реакции количество вещества магния в 2 раза больше, чем количества вещества кремния, а количество вещества оксида кремния (
IV) одинаковое с количеством вещества кремния, поэтому:
ʋ(Mg)=2•ʋ(Si)=2•3 моль=6 моль

ʋ(SiO2)=ʋ(Si)=3 моль
3. Массу магния и оксида кремния (IV) рассчитываем по формуле: m=ʋ•M, где M=Mr г/моль.

Mr(Mg)=Ar(Mg)=24, M(Mg)=24 г/моль
m(Mg)=ʋ(Mg)•M(Mg)=6 моль • 24 г/моль=144 г

Mr(SiO2)=Ar(Si)+2Ar(O)=28+2•16=60
m(SiO2)=ʋ(SiO2)•M(SiO2)=3 моль • 60 г/моль=180 г

4.
Рассчитываем массу песка:
m(пеcка)=m(SiO2):ω(SiO2)•100%=180 г : 96%•100%=187,5 г
2-й способ
1. Составим химическое уравнение:
 х г       у г    84 г
SiO2  +  2Mg = Si + 2MgO
60 г      48 г   28 г
Над формулами соединений Si, SiО2 и Mg записываем приведенную в условии задачи массу кремния (84 г), неизвестную массу оксида и магния (х г и у г соответственно), а под формулами соединений ― массу соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. Для этого вычисляем молярные массы (M=Mr г/моль) веществ и, соответственно, массу 1 моль оксида кремния (IV) и кремния, а также массу 2 моль магния.

Mr(Si)=Ar(Si)=28, поэтому M(Si)=28 г/моль
Масса 1 моль=28 г
Mr(SiO2)=Ar(Si)+2•Ar(O)=28+2•16=60, поэтому M(SiO2)=60 г/моль
Масса 1 моль=60 г

Mr(Mg)=Ar(Mg)=24, поэтому M(Mg)=24 г/моль
Масса 1 моль=24 г, а масса 2 моль=48 г

2.
 Массу оксида кремния рассчитываем с помощью пропорции:
х г / 60 г = 84 г / 28 г, отсюда по свойству пропорции имеем
х г • 28 г = 84 г • 60 г, поэтому

х=m(SiO2)=84 г • 60 г : 28 г=180 г
3. Массу магния рассчитываем с помощью пропорции:
у г / 48 г = 84 г / 28 г, отсюда по свойству пропорции имеем
у г • 28 г = 84 г • 48 г, поэтому

х=m(Mg)=84 г • 48 г : 28 г=144 г

4. Рассчитаем массу песка:
m(пеcка)=m(SiO2):ω(SiO2)•100%=180 г : 96%•100%=187,5 г

Ответ: m(Mg)=144 г, m(пеcка)=187,5 г


Упражнение 6. Разложением при высокой температуре природного газа, основным компонентом которого является метан СН4, получают сразу два важных неметалла — углерод в виде мельчайших частичек (сажа) и водород. Какой объём метана необходимо подвергнуть разложению, чтобы выделившегося водорода хватило для восстановления 23,2 г оксида вольфрама (VI)?
Дано: m(WO3)=23,2 г
Найти: V(CH4)-?
Решение
1-й способ
1.
Количество вещества оксида вольфрама (VI) массой 23,2 г рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(WO3)=Ar(W)+3•Ar(O)=184+3•16=232, поэтому M(WO3)=232 г/моль
ʋ(WO3)=m(WO3)/M(WO3)=23,2 г : 232 г/моль=0,1 моль
2. Составим химическое уравнение восстановления оксида вольфрама (VI):
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
По уравнению реакции количество вещества водорода в 3 раза больше, чем количества вещества оксида вольфрама (VI), поэтому
ʋ(Н2)=3•ʋ(WO3)=3•0,1 моль=0,3 моль
3. Составим химическое уравнение разложения метана:
CH4 = C + 2H2
По уравнению реакции количество вещества метана в 2 раза меньше, чем количество вещества водорода, поэтому
ʋ(СН4)=ʋ(Н2):2=0,3 моль:2=0,15 моль
4. Объём метана количеством вещества 0,15 моль по формуле: V=ʋ•VM, где VM=22,4 л/моль при н.у.
V(СН4)=ʋ(СН4)•VM=0,15 моль • 22,4 л/моль=3,36 л
2-й способ
1. Составим химическое уравнение восстановления оксида вольфрама (VI):
23,2 г    х моль             
WO3   +  3H2 =   W + 3H2O
232 г     3 моль   
Над формулами соединений WO3 и Н2 записываем приведенную в условии задачи массу оксида (23,2 г) и неизвестное количество вещества водорода (х моль), а под формулами соединений ― массу и количество вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. Для этого вычисляем молярную массу (M=Mr г/моль) оксида вольфрама (VI) и, соответственно, массу 1 моль, так как прореагировало 1 моль оксида WO3 и 3 моль водорода Н2.
Mr(WO3)=Ar(W)+3•Ar(O)=184+3•16=232, поэтому M(WO3)=232 г/моль
Масса 1 моль=232 г
2.
Массу водорода рассчитываем с помощью пропорции:
23,2 г / 232 г = х моль / 3 моль, отсюда по свойству пропорции имеем:
х моль • 232 г = 23,2 г • 3 моль

х=ʋ(H2)=23,2 г • 3 моль : 23,2=0,3 моль

3. Составим химическое уравнение разложения метана:
х л         0,3 моль
CH4 = C + 2H2
22,4 л     2 моль
Над формулами соединений Н2 и СН4 записываем рассчитанное количество вещества водорода (0,3 моль) и неизвестный объем метана (х л), а под формулами соединений ― объём и количество вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 моль газа занимает объем 22,4 л).
4.
Объём метана рассчитываем с помощью пропорции:
х л / 22,4 л = 0,3 моль / 2 моль, отсюда по свойству пропорции имеем:
х л • 2 моль = 22,4 л • 0,3 моль, поэтому

х=V(СH4)=22,4 л • 0,3 моль : 2 моль=3,36 л

Ответ: 3,36 л метану

%USERNAME%, оставишь комментарий?
Имя:*
E-Mail:


В каком классе вы учитесь?