Номер 24, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.24. При действии мочевины ${\left({\mathrm{NH}}_2\right)}_2\mathrm{CO}$ на хлорную известь выделяется бесцветный газ, не изменяющий окраски лакмусовой бумажки. Запишите уравнение реакции.

В данной задаче описывается окислительно-восстановительная реакция между мочевиной $(NH_2)_2CO$ и хлорной известью. Хлорная известь представляет собой смесь веществ, основными компонентами которой являются гипохлорит кальция $Ca(OCl)_2$ (окислитель) и гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ (создает щелочную среду).

Согласно условию, в результате реакции выделяется бесцветный газ, не изменяющий окраску лакмусовой бумажки. Это свойство характерно для молекулярного азота $N_2$, который является продуктом окисления мочевины. В молекуле мочевины азот имеет степень окисления -3, а в молекуле азота — 0.

Окислителем выступает гипохлорит-ион $OCl^-$, в котором хлор имеет степень окисления +1. В ходе реакции он восстанавливается до хлорид-иона $Cl^-$ со степенью окисления -1.

Углерод из мочевины окисляется до диоксида углерода $CO_2$. Однако, $CO_2$ — это кислотный оксид, который в водном растворе образует угольную кислоту, изменяющую цвет лакмуса. Поскольку выделяющийся газ нейтрален, это означает, что $CO_2$ не выделяется в свободном виде. В щелочной среде, создаваемой гидроксидом кальция, $CO_2$ вступает в реакцию, образуя нерастворимый карбонат кальция $CaCO_3$.

Таким образом, продуктами реакции являются азот $N_2$, карбонат кальция $CaCO_3$, хлорид кальция $CaCl_2$ и вода $H_2O$.

Для составления уравнения реакции воспользуемся методом электронного баланса:

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 1 | (окисление)
$Cl^{+1} + 2e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | 3 | (восстановление)

Из баланса видно, что на 2 атома азота (1 молекула мочевины) приходится 3 атома хлора в степени окисления +1. Для получения 6 атомов $Cl^{+1}$ необходимо взять 3 молекулы $Ca(OCl)_2$. Соответственно, для соблюдения стехиометрии потребуется 2 молекулы мочевины $2(NH_2)_2CO$.

Суммарное уравнение реакции, учитывающее все реагенты и продукты, будет выглядеть следующим образом:

$2(NH_2)_2CO + 3Ca(OCl)_2 + 2Ca(OH)_2 \rightarrow 2N_2\uparrow + 2CaCO_3\downarrow + 3CaCl_2 + 6H_2O$

Проверим правильность расстановки коэффициентов, подсчитав количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:

• Азот (N): слева $2 \cdot 2 = 4$; справа $2 \cdot 2 = 4$.
• Водород (H): слева $2 \cdot 4 + 2 \cdot 2 = 12$; справа $6 \cdot 2 = 12$.
• Углерод (C): слева $2 \cdot 1 = 2$; справа $2 \cdot 1 = 2$.
• Кислород (O): слева $2 \cdot 1 + 3 \cdot 2 + 2 \cdot 2 = 2 + 6 + 4 = 12$; справа $2 \cdot 3 + 6 \cdot 1 = 6 + 6 = 12$.
• Кальций (Ca): слева $3 + 2 = 5$; справа $2 + 3 = 5$.
• Хлор (Cl): слева $3 \cdot 2 = 6$; справа $3 \cdot 2 = 6$.

Все атомы сбалансированы, уравнение составлено верно.

Ответ: $2(NH_2)_2CO + 3Ca(OCl)_2 + 2Ca(OH)_2 \rightarrow 2N_2\uparrow + 2CaCO_3\downarrow + 3CaCl_2 + 6H_2O$