Номер 177, страница 211 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.177. При пропускании электрического разряда через воздух в закрытом сосуде над водой происходит большее уменьшение объёма воздуха, чем при сжигании в нём фосфора. Дайте объяснение этому факту.

Данное явление объясняется тем, какие компоненты воздуха вступают в химические реакции в каждом из двух случаев. Воздух состоит преимущественно из азота ($N_2$, около 78%) и кислорода ($O_2$, около 21%).

При сжигании фосфора в воздухе происходит химическая реакция между фосфором и кислородом, который составляет примерно пятую часть воздуха. Азот, основной компонент воздуха, в этих условиях является инертным и в реакцию не вступает.
Уравнение реакции: $4P_{(тв)} + 5O_{2(г)} \rightarrow 2P_2O_{5(тв)}$.
В результате этой реакции газообразный кислород превращается в твёрдый оксид фосфора(V). Таким образом, уменьшение объема газа в сосуде соответствует объему прореагировавшего кислорода, то есть составляет примерно 21% от начального объема воздуха.

При пропускании электрического разряда через воздух условия кардинально иные. Высокая энергия разряда (подобно молнии) достаточна для разрыва очень прочных тройных связей в молекулах азота ($N \equiv N$), что позволяет ему вступить в реакцию с кислородом. Происходит каскад реакций:
1. Образование оксида азота(II): $N_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2NO_{(г)}$.
2. Быстрое окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV): $2NO_{(г)} + O_{2(г)} \rightarrow 2NO_{2(г)}$. На этом этапе уже происходит уменьшение объема, так как из 3 объемов газа образуется 2.
3. Ключевым является то, что процесс идет над водой. Газообразный оксид азота(IV) ($NO_2$) хорошо растворяется в воде и реагирует с ней и остатками кислорода, образуя жидкую азотную кислоту: $4NO_{2(г)} + O_{2(г)} + 2H_2O_{(ж)} \rightarrow 4HNO_{3(водн. р-р)}$.

В результате этого сложного процесса в реакцию вступают и удаляются из газовой фазы оба основных компонента воздуха — и кислород, и азот. Поскольку они суммарно составляют около 99% воздуха, общее уменьшение объема оказывается значительно большим, чем при сжигании фосфора, где из газовой фазы удаляется только кислород.

Ответ: При сжигании фосфора из воздуха расходуется только кислород (~21% объема). При пропускании электрического разряда в реакцию вступают как кислород, так и азот (~78% объема). Продукты их реакции (оксиды азота) поглощаются водой, переходя из газовой фазы в жидкую. Это приводит к удалению из газовой смеси обоих газов и, следовательно, к гораздо большему уменьшению общего объема.