Номер 2, страница 318 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 45. Оксиды азота. Азотистая кислота и нитриты - номер 2, страница 318.

Условие.

2. Как от степени окисления азота зависит цвет и плотность его оксидов?

Решение.

Решение 2.

Азот образует несколько оксидов, в которых он проявляет степени окисления от +1 до +5. Свойства этих оксидов, включая цвет и плотность, зависят от степени окисления азота. Рассмотрим эту зависимость на примере основных оксидов.

• $N_2O$ (оксид азота(I)): степень окисления N равна +1. Бесцветный газ со сладковатым запахом («веселящий газ»).
• $\text{NO}$ (оксид азота(II)): степень окисления N равна +2. Бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется до $NO_2$.
• $N_2O_3$ (оксид азота(III)): степень окисления N равна +3. Неустойчивое соединение, при низких температурах — жидкость интенсивно-синего цвета.
• $NO_2$ (оксид азота(IV)): степень окисления N равна +4. Газ красно-бурого цвета с характерным резким запахом. Существует в равновесии со своим димером $N_2O_4$.
• $N_2O_4$ (оксид азота(IV), димер): степень окисления N равна +4. Бесцветный газ.
• $N_2O_5$ (оксид азота(V)): степень окисления N равна +5. Бесцветное кристаллическое вещество, очень неустойчивое.

Зависимость цвета от степени окисления

Зависимость цвета оксидов азота от степени окисления не является прямолинейной или монотонной. Оксиды в низших (+1, +2) и высшей (+5) степенях окисления бесцветны. Окраска характерна для оксидов с промежуточными степенями окисления.

• С.о. +1 ($N_2O$): бесцветный
• С.о. +2 ($\text{NO}$): бесцветный
• С.о. +3 ($N_2O_3$): синий
• С.о. +4 ($NO_2$): бурый
• С.о. +5 ($N_2O_5$): бесцветный (белые кристаллы)

Таким образом, окраска появляется и усиливается при переходе от +2 к +4, а затем снова исчезает при высшей степени окисления +5. Появление окраски у $NO_2$ связано с наличием неспаренного электрона в молекуле, который поглощает свет в видимой части спектра. Его димер $N_2O_4$, в котором неспаренные электроны образуют связь, бесцветен.

Ответ: Зависимость цвета от степени окисления азота нелинейная: оксиды азота в низших (+1, +2) и высшей (+5) степенях окисления бесцветны, тогда как оксиды в промежуточных степенях окисления (+3, +4) окрашены (синий и бурый цвет соответственно).

Зависимость плотности от степени окисления

Плотность вещества напрямую связана с его молярной массой ($\text{M}$). Для газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) плотность прямо пропорциональна молярной массе. Рассмотрим, как меняется молярная масса оксидов с ростом степени окисления азота:

• $M(N_2O)$, с.о. +1 = 44 г/моль
• $M(NO)$, с.о. +2 = 30 г/моль
• $M(N_2O_3)$, с.о. +3 = 76 г/моль
• $M(NO_2)$, с.о. +4 = 46 г/моль
• $M(N_2O_5)$, с.о. +5 = 108 г/моль

Как видно из этого ряда, зависимость плотности от степени окисления не является строго монотонной. Например, при переходе от $N_2O$ (+1) к $\text{NO}$ (+2) молярная масса и плотность уменьшаются, так как в молекуле становится один атом азота вместо двух.

Однако общая тенденция заключается в увеличении плотности с ростом степени окисления, что обусловлено увеличением массовой доли кислорода в оксиде. Если для более точного анализа рассчитать молярную массу, приходящуюся на один атом азота в молекуле, то прослеживается четкая монотонная зависимость:

• $N_2O$ (+1): $44 / 2 = 22$
• $\text{NO}$ (+2): $30 / 1 = 30$
• $N_2O_3$ (+3): $76 / 2 = 38$
• $NO_2$ (+4): $46 / 1 = 46$
• $N_2O_5$ (+5): $108 / 2 = 54$

Этот ряд показывает, что с ростом степени окисления масса, связанная с одним атомом азота в оксиде, неуклонно растет.

Ответ: В целом плотность оксидов азота увеличивается с ростом степени окисления из-за увеличения содержания кислорода в молекуле. Однако эта зависимость не является строго монотонной, если сравнивать молярные массы конкретных формул оксидов ($N_2O$, $\text{NO}$ и т.д.), так как на плотность также влияет количество атомов азота в молекуле.