Номер 202, страница 214 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.202. В раствор нитрата калия, подкисленный серной кислотой, внесли медную проволоку и нагрели. Что наблюдается? Запишите уравнения реакции. Сравните окислительные свойства азотной кислоты и её соли.

Что наблюдается?

При добавлении медной проволоки в подкисленный серной кислотой раствор нитрата калия и последующем нагревании происходит химическая реакция. Визуально можно наблюдать следующие изменения:

1. Постепенное растворение медной проволоки (металл красного цвета исчезает).

2. Раствор приобретает характерную голубую окраску, что свидетельствует о появлении в растворе гидратированных ионов меди(II) $Cu^{2+}$.

3. Выделяется бесцветный газ — оксид азота(II) $NO$. Этот газ при контакте с кислородом воздуха тут же окисляется до оксида азота(IV) $NO_2$, имеющего бурый цвет. Поэтому над поверхностью раствора будет виден бурый газ.

Ответ: Наблюдается растворение медной проволоки, окрашивание раствора в голубой цвет и выделение бурого газа над поверхностью раствора.

Запишите уравнения реакции.

В кислой среде нитрат калия выступает в роли сильного окислителя за счет нитрат-иона $NO_3^−$. Медь окисляется до сульфата меди(II), а нитрат-ион восстанавливается до оксида азота(II). Серная кислота обеспечивает кислую среду и поставляет сульфат-ионы для образования солей.

Молекулярное уравнение основной реакции:
$3Cu + 2KNO_3 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{t} 3CuSO_4 + K_2SO_4 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Уравнение реакции окисления выделившегося бесцветного газа кислородом воздуха:
$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Ответ: $3Cu + 2KNO_3 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{t} 3CuSO_4 + K_2SO_4 + 2NO\uparrow + 4H_2O$; $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$.

Сравните окислительные свойства азотной кислоты и её соли.

Окислительные свойства как азотной кислоты ($HNO_3$), так и ее солей (нитратов, например, $KNO_3$) определяются наличием нитрат-иона $NO_3^−$, в котором азот находится в своей высшей степени окисления +5. Однако их реальная окислительная активность сильно зависит от среды.

• Азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем в водных растворах любой концентрации, поскольку она сама является источником как нитрат-ионов ($NO_3^−$), так и ионов водорода ($H^+$), необходимых для протекания окислительно-восстановительной реакции.

• Соли азотной кислоты (нитраты) в нейтральном или щелочном растворе проявляют очень слабые окислительные свойства. В отсутствие достаточной концентрации ионов $H^+$ их окислительный потенциал значительно ниже, и они не могут окислить малоактивные металлы, подобные меди.

• Соли азотной кислоты в кислой среде (как в данной задаче) ведут себя как сильные окислители, сопоставимые по силе с азотной кислотой. Добавленная сильная кислота (в данном случае $H_2SO_4$) поставляет ионы $H^+$, которые "активируют" окислительную способность нитрат-иона. Таким образом, смесь нитрата и сильной кислоты эквивалентна по своему действию азотной кислоте.

Ответ: Азотная кислота является сильным окислителем сама по себе. Ее соли (нитраты) проявляют сильные окислительные свойства только в кислой среде. В нейтральной среде окислительные свойства нитратов выражены очень слабо.