Номер 8, страница 325 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 46. Азотная кислота и нитраты - номер 8, страница 325.

Условие.

8. Подберите вещества, позволяющие осуществить реакции, в которых степень окисления азота изменялась бы следующим образом:

а) $N^0 \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

б) $N^0 \rightarrow N^{-3} \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+5} \rightarrow N^{+2}$

в) $N^{-3} \rightarrow N^0 \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+3}$

К уравнениям окислительно-восстановительных реакций составьте схемы электронного баланса.

Решение.

Решение 2.

Решение

а) $N^0 \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

Для перехода $N^0 \rightarrow N^{+2}$ используем реакцию азота с кислородом при высокой температуре:

$N_2 + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NO$

Схема электронного баланса:
$N_2^0 - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$ | 1 | окисление, $N_2$ – восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, $O_2$ – окислитель

Для перехода $N^{+2} \rightarrow N^{+4}$ используем реакцию оксида азота(II) с кислородом:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Схема электронного баланса:
$N^{+2} - 2e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | окисление, $\text{NO}$ – восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, $O_2$ – окислитель

Для перехода $N^{+4} \rightarrow N^{+5}$ используем реакцию оксида азота(IV) с кислородом и водой:

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Схема электронного баланса:
$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ | 4 | окисление, $NO_2$ – восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, $O_2$ – окислитель

Для перехода $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$ используем реакцию концентрированной азотной кислоты с медью:

$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Схема электронного баланса:
$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 | окисление, $\text{Cu}$ – восстановитель
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | восстановление, $HNO_3$ – окислитель

Ответ: Цепочка превращений может быть осуществлена следующими реакциями:
$N_2 + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NO$
$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$
$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

б) $N^0 \rightarrow N^{-3} \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+5} \rightarrow N^{+2}$

Для перехода $N^0 \rightarrow N^{-3}$ используем синтез аммиака (процесс Габера):

$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{кат., t^{\circ}, p} 2NH_3$

Схема электронного баланса:
$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ | 3 | окисление, $H_2$ – восстановитель
$N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3}$ | 1 | восстановление, $N_2$ – окислитель

Для перехода $N^{-3} \rightarrow N^{+2}$ используем каталитическое окисление аммиака:

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{кат., t^{\circ}} 4NO + 6H_2O$

Схема электронного баланса:
$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$ | 4 | окисление, $NH_3$ – восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 5 | восстановление, $O_2$ – окислитель

Переходы $N^{+2} \rightarrow N^{+4}$ и $N^{+4} \rightarrow N^{+5}$ аналогичны пункту а):

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Схемы электронного баланса для этих реакций приведены выше.

Для перехода $N^{+5} \rightarrow N^{+2}$ используем реакцию разбавленной азотной кислоты с медью:

$3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Схема электронного баланса:
$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 3 | окисление, $\text{Cu}$ – восстановитель
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 2 | восстановление, $HNO_3$ – окислитель

Ответ: Цепочка превращений может быть осуществлена следующими реакциями:
$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{кат., t^{\circ}, p} 2NH_3$
$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{кат., t^{\circ}} 4NO + 6H_2O$
$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$
$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$
$3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

в) $N^{-3} \rightarrow N^0 \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4} \rightarrow N^{+3}$

Для перехода $N^{-3} \rightarrow N^0$ используем горение аммиака без катализатора:

$4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2N_2 + 6H_2O$

Схема электронного баланса:
$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 2 | окисление, $NH_3$ – восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 3 | восстановление, $O_2$ – окислитель

Переходы $N^0 \rightarrow N^{+2}$ и $N^{+2} \rightarrow N^{+4}$ аналогичны пункту а):

$N_2 + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NO$

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Схемы электронного баланса для этих реакций приведены выше.

Для перехода $N^{+4} \rightarrow N^{+3}$ используем реакцию сопропорционирования между оксидом азота(IV) и оксидом азота(II):

$NO_2 + NO \rightleftharpoons N_2O_3$

Схема электронного баланса:
$N^{+2} - 1e^- \rightarrow N^{+3}$ | 1 | окисление, $\text{NO}$ – восстановитель
$N^{+4} + 1e^- \rightarrow N^{+3}$ | 1 | восстановление, $NO_2$ – окислитель

Ответ: Цепочка превращений может быть осуществлена следующими реакциями:
$4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2N_2 + 6H_2O$
$N_2 + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NO$
$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$
$NO_2 + NO \rightleftharpoons N_2O_3$