Номер 5, страница 7, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Напишите уравнения реакций азота с металлами и неметаллами. Укажите окислитель и восстановитель.

Азот ($N_2$) — химически малоактивный газ из-за очень прочной тройной связи в его молекуле. Реакции с его участием обычно требуют жестких условий (высокая температура, давление, катализаторы).

Реакция азота с металлами

В реакциях с металлами (кроме благородных) азот выступает в роли окислителя, образуя нитриды, где его степень окисления равна -3. Рассмотрим реакцию с активным металлом литием, которая протекает даже при комнатной температуре:

Уравнение реакции:

$6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$

Определим степени окисления элементов до и после реакции, чтобы найти окислитель и восстановитель:

$6\overset{0}{Li} + \overset{0}{N_2} \rightarrow 2\overset{+1}{Li_3}\overset{-3}{N}$

Изменение степеней окисления:

• $Li^0 - 1e^- \rightarrow Li^{+1}$ — Литий отдает электрон, его степень окисления повышается. Это процесс окисления.
• $N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3}$ — Азот принимает электроны, его степень окисления понижается. Это процесс восстановления.

Таким образом, литий является восстановителем, а азот — окислителем.

Ответ: Уравнение реакции: $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$. Окислитель — $N_2$ (азот), восстановитель — $Li$ (литий).

Реакция азота с неметаллами

В реакциях с неметаллами азот может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

1. Азот как окислитель (реакция с водородом)

Водород менее электроотрицателен, чем азот. Реакция между ними (процесс Габера-Боша) является основой промышленного производства аммиака. Она протекает при высокой температуре (400-500 o C), высоком давлении (15-35 МПа) и в присутствии катализатора.

Уравнение реакции:

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

Определим степени окисления:

$\overset{0}{N_2} + 3\overset{0}{H_2} \rightleftharpoons 2\overset{-3}{N}\overset{+1}{H_3}$

Изменение степеней окисления:

• $N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3}$ — Азот является окислителем.
• $H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ — Водород является восстановителем.

Ответ: Уравнение реакции: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Окислитель — $N_2$ (азот), восстановитель — $H_2$ (водород).

2. Азот как восстановитель (реакция с кислородом)

Кислород более электроотрицателен, чем азот, поэтому в реакции с ним азот будет восстановителем. Эта реакция происходит при очень высоких температурах (более 2000 o C), например, в электрическом разряде молнии.

Уравнение реакции:

$N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$

Определим степени окисления:

$\overset{0}{N_2} + \overset{0}{O_2} \rightleftharpoons 2\overset{+2}{N}\overset{-2}{O}$

Изменение степеней окисления:

• $N_2^0 - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$ — Азот является восстановителем.
• $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ — Кислород является окислителем.

Ответ: Уравнение реакции: $N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$. Окислитель — $O_2$ (кислород), восстановитель — $N_2$ (азот).