Номер 4, страница 69 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 15. Азот. Глава 1. Неметаллы - номер 4, страница 69.

Условие.

4. Сравните физические и химические свойства азота и кислорода.

Решение.

Решение 2.

Физические свойства

Азот ($N_2$) и кислород ($O_2$) — это простые вещества, являющиеся основными компонентами атмосферного воздуха. Их физические свойства имеют как сходства, так и различия.

• Сходства:
  • В нормальных условиях оба вещества являются газами.
  • Оба газа не имеют цвета, вкуса и запаха.
  • Молекулы обоих веществ двухатомны ($N_2$ и $O_2$).
  • Оба плохо растворимы в воде.

• Различия:
  • Молярная масса и плотность: Молярная масса азота ($M(N_2) \approx 28$ г/моль) меньше молярной массы кислорода ($M(O_2) \approx 32$ г/моль). Поэтому азот немного легче воздуха (средняя молярная масса воздуха ~$29$ г/моль), а кислород — немного тяжелее.
  • Температуры фазовых переходов: Азот имеет более низкую температуру кипения ($-195.8^\circ C$) по сравнению с кислородом ($-183^\circ C$). При этом температура плавления у азота ($-210^\circ C$) выше, чем у кислорода ($-218.8^\circ C$).
  • Строение молекулы: Атомы в молекуле азота связаны очень прочной тройной ковалентной неполярной связью ($N \equiv N$), в то время как в молекуле кислорода связь двойная ($O=O$). Энергия тройной связи в азоте значительно выше, что и определяет его низкую реакционную способность.

Ответ: Азот и кислород — бесцветные газы без запаха, состоящие из двухатомных молекул и плохо растворимые в воде. Ключевые физические различия: азот легче кислорода, кипит при более низкой температуре, но плавится при более высокой. В молекуле азота присутствует очень прочная тройная связь, а в молекуле кислорода — двойная.

Химические свойства

Химические свойства азота и кислорода кардинально различаются, что в первую очередь обусловлено разной прочностью связи в их молекулах.

• Химическая активность: Кислород — химически активный неметалл и сильный окислитель. Он вступает в реакции со многими простыми и сложными веществами, образуя оксиды. Азот, напротив, из-за чрезвычайно прочной тройной связи в молекуле, является одним из самых инертных простых веществ. Он вступает в реакции только в жестких условиях (высокая температура, давление, наличие катализатора) или с очень активными металлами.
• Поддержка горения: Кислород не горит сам, но является основным газом, поддерживающим горение. Азот не горит и не поддерживает горение, его используют для создания инертной атмосферы при пожаротушении.
• Типичные реакции:
  • Кислород легко реагирует с большинством металлов и неметаллов.
    Пример с неметаллом: $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
    Пример с металлом (горение магния): $2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$
  • Азот реагирует только при специфических условиях.
    С кислородом — при температуре электрической дуги (>$2000^\circ C$): $N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$
    С водородом — при высоком давлении, температуре и катализаторе (процесс Габера): $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$
    С активными металлами — при нагревании (с литием реагирует при н.у.): $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$

• Биологическая роль: Кислород необходим для дыхания абсолютного большинства живых организмов. Азот в виде простого вещества $N_2$ не усваивается животными и растениями (за исключением азотфиксирующих бактерий), но является жизненно важным элементом, входящим в состав белков и нуклеиновых кислот.

Ответ: Основное химическое различие заключается в их реакционной способности. Кислород — это высокоактивный газ, сильный окислитель, поддерживающий горение. Азот — химически инертный газ, вступающий в реакции только в жестких условиях из-за наличия очень прочной тройной связи в его молекуле.