Номер 4, страница 40, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4*. Напишите уравнения реакций алюминия с азотной кислотой, в которых по мере разбавления азотной кислоты образуются разные продукты разного восстановления элемента азота:

а) $NO_2$;

б) $NO$.

Взаимодействие алюминия с азотной кислотой является окислительно-восстановительной реакцией. Продукт восстановления азота зависит от концентрации кислоты. Чем более разбавлена кислота, тем глубже степень восстановления азота. Алюминий в этих реакциях всегда является восстановителем, окисляясь до степени окисления +3.

Важно отметить, что концентрированная азотная кислота на холоде пассивирует алюминий, покрывая его тонкой и прочной оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшей реакции. Поэтому для реакции с концентрированной кислотой требуется нагревание.

Диоксид азота ($NO_2$) образуется при реакции алюминия с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$) при нагревании. В этой реакции азот восстанавливается со степени окисления +5 до +4.

Составим уравнение реакции, используя метод электронного баланса:

Алюминий отдает 3 электрона, повышая свою степень окисления с 0 до +3:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$

Азот в азотной кислоте принимает 1 электрон, понижая свою степень окисления с +5 до +4:

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$

Для баланса числа отданных и принятых электронов, вторую полуреакцию нужно умножить на 3:

$1 | Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (процесс окисления)

$3 | N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ (процесс восстановления)

Суммируя полуреакции, получаем коэффициенты для алюминия и продукта восстановления азота. Коэффициент 1 перед $Al$ и 3 перед $NO_2$.

$Al + HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3NO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов азота. Справа 3 атома азота в нитрате алюминия $Al(NO_3)_3$ и 3 атома в диоксиде азота $3NO_2$, итого 6 атомов. Следовательно, слева нужно взять 6 молекул $HNO_3$.

$Al + 6HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3NO_2 + H_2O$

Наконец, уравняем атомы водорода и кислорода. Слева 6 атомов водорода, значит справа должно быть 3 молекулы воды ($3H_2O$).

$Al + 6HNO_3 (\text{конц.}) \xrightarrow{t} Al(NO_3)_3 + 3NO_2 \uparrow + 3H_2O$

Проверка по кислороду: слева $6 \cdot 3 = 18$ атомов, справа $3 \cdot 3 + 3 \cdot 2 + 3 \cdot 1 = 9 + 6 + 3 = 18$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Al + 6HNO_3 (\text{конц.}) \xrightarrow{t} Al(NO_3)_3 + 3NO_2 \uparrow + 3H_2O$

Оксид азота(II) ($NO$) образуется при реакции алюминия с разбавленной азотной кислотой. В этой реакции азот восстанавливается со степени окисления +5 до +2.

Составим уравнение реакции, используя метод электронного баланса:

Процесс окисления алюминия тот же:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$

Азот в азотной кислоте принимает 3 электрона, понижая свою степень окисления с +5 до +2:

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед алюминием и продуктом восстановления азота равны 1.

$1 | Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (процесс окисления)

$1 | N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ (процесс восстановления)

Подставляем коэффициенты в схему реакции:

$Al + HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + No + H_2O$

Уравняем количество атомов азота. Справа 3 атома азота в нитрате алюминия и 1 атом в оксиде азота, итого 4 атома. Следовательно, слева нужно взять 4 молекулы $HNO_3$.

$Al + 4HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + No + H_2O$

Уравняем атомы водорода. Слева 4 атома водорода, значит справа должно быть 2 молекулы воды ($2H_2O$).

$Al + 4HNO_3 (\text{разб.}) \rightarrow Al(NO_3)_3 + No \uparrow + 2H_2O$

Проверка по кислороду: слева $4 \cdot 3 = 12$ атомов, справа $3 \cdot 3 + 1 + 2 \cdot 1 = 9 + 1 + 2 = 12$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Al + 4HNO_3 (\text{разб.}) \rightarrow Al(NO_3)_3 + No \uparrow + 2H_2O$