Номер 319, страница 226 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.319. При нагревании смеси кварцевого песка с нитратом калия наблюдается выделение бурого газа. Запишите уравнение реакции и объясните, почему она протекает.

Запишите уравнение реакции

При нагревании смеси кварцевого песка, который представляет собой оксид кремния(IV) ($SiO_2$), с нитратом калия ($KNO_3$) происходит окислительно-восстановительная реакция. Наблюдаемое выделение бурого газа указывает на образование диоксида азота ($NO_2$).

Уравнение реакции имеет следующий вид:

$$4KNO_3 + 2SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} 2K_2SiO_3 + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$$

В этой реакции образуются силикат калия ($K_2SiO_3$), диоксид азота ($NO_2$) и кислород ($O_2$).

Ответ: $4KNO_3 + 2SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} 2K_2SiO_3 + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$.

Объясните, почему она протекает

Протекание этой реакции обусловлено совокупностью следующих факторов:

1. Нитрат калия при сильном нагревании разлагается. В присутствии кислотного оксида, такого как $SiO_2$, разложение идет до оксида металла, в отличие от стандартного разложения до нитрита. Промежуточной стадией можно считать обратимое разложение нитрата калия: $2KNO_3 \rightleftharpoons K_2O + 2NO_2\uparrow + \frac{1}{2}O_2\uparrow$.
2. Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) является тугоплавким, нелетучим кислотным оксидом. Он химически связывает образующийся в ходе реакции основный оксид калия ($K_2O$), формируя термостойкую соль — силикат калия ($K_2SiO_3$): $K_2O + SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} K_2SiO_3$.
3. В соответствии с принципом Ле Шателье, удаление одного из продуктов (в данном случае, $K_2O$ связывается в силикат) и улетучивание других продуктов (газообразные $NO_2$ и $O_2$) смещает равновесие реакции разложения нитрата вправо, способствуя её полному протеканию.

Таким образом, движущей силой процесса является взаимодействие кислотного оксида ($SiO_2$) с продуктом разложения нитрата ($K_2O$) с образованием более устойчивого соединения и удалением летучих продуктов из сферы реакции.

Ответ: Реакция протекает, потому что нелетучий кислотный оксид $SiO_2$ реагирует с основным оксидом калия $K_2O$ (который является продуктом термического разложения $KNO_3$), образуя термостойкий силикат калия $K_2SiO_3$. Этот процесс связывает один из продуктов разложения, а другие продукты ($NO_2$ и $O_2$) являются газами и покидают зону реакции, что, согласно принципу Ле Шателье, смещает равновесие в сторону полного разложения нитрата калия.