Номер 45, страница 232 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.45. Оксид натрия можно получить прокаливанием смеси двух солей натрия, при этом дополнительно образуется только азот. На 10,0 г оксида натрия выделяется 9,63 л (н. у.) азота. Установите формулы солей и напишите уравнение реакции.

Дано:

Масса оксида натрия: $m(Na_2O) = 10.0 \text{ г}$
Объем азота: $V(N_2) = 9.63 \text{ л (н. у.)}$
Продукты реакции: $Na_2O$ и $N_2$
Реагенты: смесь двух солей натрия

Найти:

Формулы солей - ?
Уравнение реакции - ?

Решение:

1. Согласно условию задачи, при прокаливании смеси двух солей натрия образуются только оксид натрия ($Na_2O$) и азот ($N_2$). Это означает, что в состав исходных солей должны входить элементы натрий, азот и кислород. Поскольку это соли натрия, они содержат катион $Na^+$. Следовательно, анионы должны состоять из азота и кислорода или только из азота.

2. Образование простого вещества азота ($N_2$), в котором степень окисления атомов азота равна 0, указывает на то, что протекает окислительно-восстановительная реакция. Это значит, что одна из солей должна быть окислителем, а другая – восстановителем. Обе соли содержат азот в разных степенях окисления.

3. В качестве окислителя может выступать соль с азотом в высокой степени окисления. Наиболее распространенными являются нитрат натрия ($NaNO_3$, степень окисления азота +5) и нитрит натрия ($NaNO_2$, степень окисления азота +3).

4. В качестве восстановителя должна выступать соль натрия с азотом в низкой степени окисления. Учитывая, что продуктами являются только $Na_2O$ и $N_2$ (без водородсодержащих соединений типа $H_2O$ или $NH_3$), наиболее вероятным восстановителем является азид натрия ($NaN_3$), где средняя степень окисления азота составляет -1/3.

5. Рассмотрим два возможных варианта взаимодействия солей:

Вариант А: Реакция между нитратом натрия ($NaNO_3$) и азидом натрия ($NaN_3$).
В этой реакции азот в степени окисления +5 (в $NaNO_3$) восстанавливается, а азот в степени окисления -1/3 (в $NaN_3$) окисляется. Уравняем реакцию: $NaNO_3 + 5NaN_3 \xrightarrow{t} 3Na_2O + 8N_2$

Вариант Б: Реакция между нитритом натрия ($NaNO_2$) и азидом натрия ($NaN_3$).
В этой реакции азот в степени окисления +3 (в $NaNO_2$) восстанавливается, а азот в степени окисления -1/3 (в $NaN_3$) окисляется. Уравняем реакцию: $NaNO_2 + 3NaN_3 \xrightarrow{t} 2Na_2O + 5N_2$

6. Для выбора правильного уравнения реакции воспользуемся количественными данными. Вычислим количество вещества ($n$) образовавшихся продуктов.

Молярная масса оксида натрия: $M(Na_2O) = 2 \cdot 23.0 + 16.0 = 62.0 \text{ г/моль}$
Количество вещества оксида натрия: $n(Na_2O) = \frac{m(Na_2O)}{M(Na_2O)} = \frac{10.0 \text{ г}}{62.0 \text{ г/моль}} \approx 0.1613 \text{ моль}$

Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.
Количество вещества азота: $n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{9.63 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.4299 \text{ моль}$

7. Найдем мольное соотношение продуктов по данным задачи и сравним его с теоретическими соотношениями из уравнений.

Экспериментальное мольное соотношение: $\frac{n(N_2)}{n(Na_2O)} = \frac{0.4299 \text{ моль}}{0.1613 \text{ моль}} \approx 2.665$

Теоретическое соотношение для варианта А: $\frac{n(N_2)}{n(Na_2O)} = \frac{8}{3} \approx 2.667$

Теоретическое соотношение для варианта Б: $\frac{n(N_2)}{n(Na_2O)} = \frac{5}{2} = 2.500$

8. Сравнение показывает, что экспериментальное соотношение (2.665) практически идеально совпадает с теоретическим соотношением для варианта А (2.667). Следовательно, исходными солями являются нитрат натрия и азид натрия.

Ответ:

Формулы солей: нитрат натрия - $NaNO_3$ и азид натрия - $NaN_3$.
Уравнение реакции: $NaNO_3 + 5NaN_3 \xrightarrow{t} 3Na_2O + 8N_2$.