Номер 179, страница 211 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.179. Как получить азот из газовой смеси, образующейся при прокаливании нитрата цинка?

Решение

Для получения азота из газовой смеси, образующейся при прокаливании нитрата цинка, необходимо выполнить два основных этапа: сначала провести термическое разложение соли для получения газовой смеси, а затем выделить из неё чистый азот с помощью химических реакций.

1. Термическое разложение нитрата цинка

Нитрат цинка ($Zn(NO_3)_2$) при сильном нагревании (прокаливании) разлагается. Цинк — металл средней активности, поэтому его нитрат разлагается по схеме: нитрат → оксид металла + диоксид азота + кислород. Уравнение реакции:

$2Zn(NO_3)_2(тв.) \xrightarrow{t^\circ} 2ZnO(тв.) + 4NO_2(г)\uparrow + O_2(г)\uparrow$

В результате этого процесса образуется твёрдый остаток — оксид цинка ($ZnO$), и газовая смесь, которая состоит из диоксида азота ($NO_2$) — газа бурого цвета с резким запахом, и кислорода ($O_2$) — бесцветного газа без запаха.

2. Выделение азота из газовой смеси

Теперь задача состоит в том, чтобы из полученной газовой смеси ($NO_2 + O_2$) получить молекулярный азот ($N_2$). Оба компонента смеси являются сильными окислителями. Для их превращения в азот можно использовать восстановитель. Один из наиболее удобных и распространённых способов — использование раскалённой меди.

Газовую смесь, полученную на первом этапе, пропускают через трубку, наполненную медными стружками или проволокой и нагретую до высокой температуры. Медь вступает в реакцию с обоими газами:

• Медь восстанавливает диоксид азота до свободного азота, а сама окисляется до оксида меди(II):

  $2Cu + 2NO_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO + N_2$

• Одновременно медь реагирует с кислородом, также образуя оксид меди(II):

  $2Cu + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO$

В результате этих реакций оба газообразных реагента ($NO_2$ и $O_2$) превращаются в твёрдый оксид меди($II$), а в газовой фазе остаётся только чистый азот ($N_2$), который не реагирует с медью. Этот азот можно собрать на выходе из реакционной трубки.

Ответ:

Сначала необходимо провести термическое разложение нитрата цинка по реакции $2Zn(NO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} 2ZnO + 4NO_2 + O_2$, чтобы получить газовую смесь диоксида азота и кислорода. Затем эту смесь следует пропустить над раскалённой медью. Медь прореагирует с $NO_2$ и $O_2$, в результате чего останется чистый азот. Реакции очистки: $2Cu + 2NO_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO + N_2$ и $2Cu + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO$.