Номер 9, страница 325 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 46. Азотная кислота и нитраты - номер 9, страница 325.

Условие.

9. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций.

a) $Al + ... \rightarrow NH_4NO_3 + ... + H_2O$

б) $Cu_2S + ... \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2\uparrow + ... + ...$

в) $S + ... \rightarrow H_2SO_4 + NO_2\uparrow + ...$

г) $Cr_2O_3 + ... + NaOH \rightarrow Na_2CrO_4 + NaNO_2 + ...$

д) $Al + ... + NaOH + ... \rightarrow Na[Al(OH)_4] + NH_3$

Решение.

Решение 2.

а) $Al + ... \longrightarrow NH_4NO_3 + ... + H_2O$

Решение

Реакция алюминия с очень разбавленной азотной кислотой. Продуктами реакции будут нитрат алюминия, нитрат аммония и вода.

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

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

$N^{+5} \rightarrow N^{-3}$ (в ионе $NH_4^+$)

2. Составляем электронный баланс. Алюминий является восстановителем, азот в составе азотной кислоты — окислителем.

$8 | Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (процесс окисления)
$3 | N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ (процесс восстановления)

3. Используем найденные коэффициенты для расстановки в уравнении реакции. Коэффициент 8 ставим перед $\text{Al}$ и $Al(NO_3)_3$. Коэффициент 3 ставим перед $NH_4NO_3$.

$8Al + HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + H_2O$

4. Уравниваем количество атомов азота. В правой части уравнения $8 \cdot 3 + 3 \cdot 2 = 24 + 6 = 30$ атомов азота. Следовательно, в левой части перед $HNO_3$ ставим коэффициент 30.

$8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + H_2O$

5. Уравниваем количество атомов водорода. В левой части 30 атомов. В правой части в $3NH_4NO_3$ содержится $3 \cdot 4 = 12$ атомов. Следовательно, в воде должно быть $30 - 12 = 18$ атомов водорода, что соответствует 9 молекулам $H_2O$.

$8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + 9H_2O$

6. Проверяем баланс атомов кислорода. Слева: $30 \cdot 3 = 90$. Справа: $8 \cdot 3 \cdot 3 + 3 \cdot 3 + 9 = 72 + 9 + 9 = 90$. Баланс соблюден.

Ответ: $8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + 9H_2O$.

б) $Cu_2S + ... \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2\uparrow + ... + ...$

Решение

Реакция сульфида меди(I) с концентрированной азотной кислотой. Продуктами будут нитрат меди(II), оксид азота(IV), серная кислота и вода.

1. Определяем степени окисления:

$Cu_2^{+1}S^{-2} \rightarrow 2Cu^{+2} + S^{+6}$

$N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

2. Составляем электронный баланс. В соединении $Cu_2S$ окисляются оба элемента: два атома меди и один атом серы. Азот восстанавливается.

$1 | Cu_2S - 10e^- \rightarrow 2Cu^{+2} + S^{+6}$ (окисление: $2 \cdot (1e^-) + 8e^- = 10e^-$)
$10 | N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ (восстановление)

3. Расставляем коэффициенты. 1 перед $Cu_2S$, 2 перед $Cu(NO_3)_2$, 1 перед $H_2SO_4$, 10 перед $NO_2$.

$Cu_2S + HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + 10NO_2 + H_2O$

4. Уравниваем азот. Справа $2 \cdot 2 + 10 = 14$ атомов. Ставим 14 перед $HNO_3$ слева.

$Cu_2S + 14HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + 10NO_2 + H_2O$

5. Уравниваем водород. Слева 14 атомов. Справа 2 в $H_2SO_4$. Необходимо еще $14 - 2 = 12$ атомов, что соответствует 6 молекулам $H_2O$.

$Cu_2S + 14HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + 10NO_2 + 6H_2O$

6. Проверяем кислород. Слева: $14 \cdot 3 = 42$. Справа: $2 \cdot 2 \cdot 3 + 4 + 10 \cdot 2 + 6 = 12 + 4 + 20 + 6 = 42$. Баланс соблюден.

Ответ: $Cu_2S + 14HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + 10NO_2 + 6H_2O$.

в) $S + ... \longrightarrow H_2SO_4 + NO_2\uparrow + ...$

Решение

Реакция серы с концентрированной азотной кислотой. Продуктами будут серная кислота, оксид азота(IV) и вода.

1. Определяем степени окисления:

$S^0 \rightarrow S^{+6}$

$N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

2. Составляем электронный баланс. Сера — восстановитель, азот — окислитель.

$1 | S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$ (окисление)
$6 | N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ (восстановление)

3. Расставляем коэффициенты. 1 перед S и $H_2SO_4$, 6 перед $NO_2$.

$S + HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + H_2O$

4. Уравниваем азот. Справа 6 атомов, значит слева ставим 6 перед $HNO_3$.

$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + H_2O$

5. Уравниваем водород. Слева 6 атомов. Справа 2 в $H_2SO_4$. Необходимо еще $6 - 2 = 4$ атома, что соответствует 2 молекулам $H_2O$.

$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O$

6. Проверяем кислород. Слева: $6 \cdot 3 = 18$. Справа: $4 + 6 \cdot 2 + 2 = 4 + 12 + 2 = 18$. Баланс соблюден.

Ответ: $S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O$.

г) $Cr_2O_3 + ... + NaOH \longrightarrow Na_2CrO_4 + NaNO_2 + ...$

Решение

Реакция окисления оксида хрома(III) в щелочной среде (сплавление). В качестве окислителя выступает нитрат натрия $NaNO_3$. Недостающий продукт — вода.

1. Определяем степени окисления:

$Cr^{+3} \rightarrow Cr^{+6}$

$N^{+5} \rightarrow N^{+3}$

2. Составляем электронный баланс. Хром — восстановитель, азот — окислитель.

$1 | 2Cr^{+3} - 6e^- \rightarrow 2Cr^{+6}$ (окисление)
$3 | N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3}$ (восстановление)

3. Расставляем коэффициенты. 1 перед $Cr_2O_3$ (значит, 2 перед $Na_2CrO_4$), 3 перед $NaNO_3$ и $NaNO_2$.

$Cr_2O_3 + 3NaNO_3 + NaOH \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 3NaNO_2 + H_2O$

4. Уравниваем натрий. Справа $2 \cdot 2 + 3 = 7$ атомов. Слева 3 атома в $3NaNO_3$. Необходимо еще $7 - 3 = 4$ атома, ставим 4 перед $NaOH$.

$Cr_2O_3 + 3NaNO_3 + 4NaOH \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 3NaNO_2 + H_2O$

5. Уравниваем водород. Слева 4 атома. Значит, справа должно быть 2 молекулы $H_2O$.

$Cr_2O_3 + 3NaNO_3 + 4NaOH \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 3NaNO_2 + 2H_2O$

6. Проверяем кислород. Слева: $3 + 3 \cdot 3 + 4 = 16$. Справа: $2 \cdot 4 + 3 \cdot 2 + 2 = 8 + 6 + 2 = 16$. Баланс соблюден.

Ответ: $Cr_2O_3 + 3NaNO_3 + 4NaOH \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 3NaNO_2 + 2H_2O$.

д) $Al + ... + NaOH + ... \longrightarrow Na[Al(OH)_4] + NH_3$

Решение

Реакция алюминия в щелочном растворе с окислителем. Судя по продукту $NH_3$, окислителем является нитрат, например, нитрат натрия $NaNO_3$. Также в реакции участвует вода.

1. Определяем степени окисления:

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

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

2. Составляем электронный баланс. Алюминий — восстановитель, азот — окислитель.

$8 | Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (окисление)
$3 | N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ (восстановление)

3. Расставляем коэффициенты. 8 перед $\text{Al}$ и $Na[Al(OH)_4]$, 3 перед $NaNO_3$ и $NH_3$.

$8Al + 3NaNO_3 + NaOH + H_2O \rightarrow 8Na[Al(OH)_4] + 3NH_3$

4. Уравниваем натрий. Справа 8 атомов. Слева 3 атома в $3NaNO_3$. Необходимо еще $8 - 3 = 5$ атомов, ставим 5 перед $NaOH$.

$8Al + 3NaNO_3 + 5NaOH + H_2O \rightarrow 8Na[Al(OH)_4] + 3NH_3$

5. Уравниваем водород. Справа $8 \cdot 4 + 3 \cdot 3 = 32 + 9 = 41$ атом. Слева 5 атомов в $5NaOH$. Необходимо еще $41 - 5 = 36$ атомов, что соответствует 18 молекулам $H_2O$.

$8Al + 3NaNO_3 + 5NaOH + 18H_2O \rightarrow 8Na[Al(OH)_4] + 3NH_3$

6. Проверяем кислород. Слева: $3 \cdot 3 + 5 + 18 = 9 + 5 + 18 = 32$. Справа: $8 \cdot 4 = 32$. Баланс соблюден.

Ответ: $8Al + 3NaNO_3 + 5NaOH + 18H_2O \rightarrow 8Na[Al(OH)_4] + 3NH_3$.