Номер 217, страница 215 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.217. Для определения азота по Кьельдалю весь содержащийся в образце азот переводят в аммиак. Это можно осуществить путём восстановления соединений азота водородом в момент выделения в щелочной среде, например, используя цинк или алюминий и раствор гидроксида натрия. Составьте уравнения реакций:

$\mathrm{Zn}+\mathrm{NaOH}+{\mathrm{NaNO}}_3+{\mathrm{Н}}_2\mathrm{О} = ...$

$\mathrm{Al}+\mathrm{NaOH}+{\mathrm{NaNO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = ...$

Zn + NaOH + NaNO₃ + H₂O = ...

Данная реакция является окислительно-восстановительной. В щелочной среде цинк (амфотерный металл) выступает в роли восстановителя, а нитрат-ион — в роли окислителя. Согласно условию, азот восстанавливается до аммиака ($NH_3$), а цинк окисляется, образуя в избытке щелочи комплексное соединение — тетрагидроксоцинкат натрия ($Na_2[Zn(OH)_4]$).

Для уравнивания реакции используем метод электронного баланса.

1. Определяем элементы, изменяющие степень окисления, и составляем полуреакции:

$ \stackrel{0}{Zn} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+2}{Zn} $ (процесс окисления, Zn - восстановитель)

$ \stackrel{+5}{N} + 8e^{-} \rightarrow \stackrel{-3}{N} $ (процесс восстановления, N⁺⁵ - окислитель)

2. Находим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (НОК(2, 8) = 8) и расставляем коэффициенты:

$ \stackrel{0}{Zn} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+2}{Zn} $ | × 4

$ \stackrel{+5}{N} + 8e^{-} \rightarrow \stackrel{-3}{N} $ | × 1

3. Подставляем полученные коэффициенты в схему реакции перед соответствующими веществами:

$ 4Zn + NaOH + 1NaNO_3 + H_2O \rightarrow 4Na_2[Zn(OH)_4] + 1NH_3 $

4. Уравниваем количество атомов натрия (Na). Справа в продуктах $4 \cdot 2 = 8$ атомов Na. Слева 1 атом Na уже есть в $NaNO_3$, следовательно, перед $NaOH$ необходимо поставить коэффициент 7 (так как $1 + 7 = 8$).

$ 4Zn + 7NaOH + NaNO_3 + H_2O \rightarrow 4Na_2[Zn(OH)_4] + NH_3 $

5. Уравниваем количество атомов водорода (H). Справа в продуктах $(4 \cdot 4) + 3 = 19$ атомов H. Слева в $7NaOH$ содержится 7 атомов H. Следовательно, из воды должно прийти $19 - 7 = 12$ атомов H. Для этого перед $H_2O$ ставим коэффициент 6.

$ 4Zn + 7NaOH + NaNO_3 + 6H_2O \rightarrow 4Na_2[Zn(OH)_4] + NH_3 $

6. В качестве проверки уравниваем количество атомов кислорода (O). Слева: $7 (из\; NaOH) + 3 (из\; NaNO_3) + 6 (из\; H_2O) = 16$ атомов. Справа: $4 \cdot 4 (из\; Na_2[Zn(OH)_4]) = 16$ атомов. Баланс соблюден, уравнение составлено верно.

Ответ: $ 4Zn + 7NaOH + NaNO_3 + 6H_2O = 4Na_2[Zn(OH)_4] + NH_3 \uparrow $

Al + NaOH + NaNO₂ + H₂O = ...

Это также окислительно-восстановительная реакция в щелочной среде. Алюминий (амфотерный металл) является восстановителем, а нитрит-ион — окислителем. Азот восстанавливается до аммиака ($NH_3$), а алюминий окисляется до комплексного соединения — тетрагидроксоалюмината натрия ($Na[Al(OH)_4]$).

Для уравнивания реакции используем метод электронного баланса.

1. Определяем элементы, изменяющие степень окисления, и составляем полуреакции:

$ \stackrel{0}{Al} - 3e^{-} \rightarrow \stackrel{+3}{Al} $ (процесс окисления, Al - восстановитель)

$ \stackrel{+3}{N} + 6e^{-} \rightarrow \stackrel{-3}{N} $ (процесс восстановления, N⁺³ - окислитель)

2. Находим наименьшее общее кратное для числа электронов (НОК(3, 6) = 6) и расставляем коэффициенты:

$ \stackrel{0}{Al} - 3e^{-} \rightarrow \stackrel{+3}{Al} $ | × 2

$ \stackrel{+3}{N} + 6e^{-} \rightarrow \stackrel{-3}{N} $ | × 1

3. Подставляем коэффициенты в схему реакции:

$ 2Al + NaOH + 1NaNO_2 + H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 1NH_3 $

4. Уравниваем количество атомов натрия (Na). Справа в продуктах 2 атома Na. Слева 1 атом Na уже есть в $NaNO_2$, значит, перед $NaOH$ нужно поставить коэффициент 1 (так как $1 + 1 = 2$).

$ 2Al + 1NaOH + NaNO_2 + H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + NH_3 $

5. Уравниваем количество атомов водорода (H). Справа в продуктах $(2 \cdot 4) + 3 = 11$ атомов H. Слева в $NaOH$ содержится 1 атом H. Значит, из воды должно прийти $11 - 1 = 10$ атомов H, для чего перед $H_2O$ ставим коэффициент 5.

$ 2Al + NaOH + NaNO_2 + 5H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + NH_3 $

6. Проверяем количество атомов кислорода (O). Слева: $1 (из\; NaOH) + 2 (из\; NaNO_2) + 5 (из\; H_2O) = 8$ атомов. Справа: $2 \cdot 4 (из\; Na[Al(OH)_4]) = 8$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $ 2Al + NaOH + NaNO_2 + 5H_2O = 2Na[Al(OH)_4] + NH_3 \uparrow $