Номер A, страница 157 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

A

1. Дайте характеристику азота по его месту в Периодической системе, физическим и химическим свойствам. Правильно ли дано название азоту?

2. Какое свойство показывает азот в химических реакциях? В каких случаях он окислитель, в каких — восстановитель?

3. Какова формула валентных электронов элементов подгруппы азота?

4. Дайте объяснение химической инертности молекулярного азота.

1. Дайте характеристику азота по его месту в Периодической системе, физическим и химическим свойствам. Правильно ли дано название азоту?

Азот (лат. Nitrogenium), обозначаемый символом N, — химический элемент с атомным номером 7.

Положение в Периодической системе: Азот находится во 2-м периоде, в 15-й группе (по старой классификации — VА группе). Его электронная конфигурация — $1s^22s^22p^3$. На внешнем энергетическом уровне у азота 5 валентных электронов. Азот является p-элементом и типичным неметаллом.

Физические свойства: В свободном виде азот существует в виде двухатомной молекулы $N_2$. Это бесцветный газ без вкуса и запаха. Он немного легче воздуха (молярная масса $N_2$ равна 28 г/моль, а средняя молярная масса воздуха — около 29 г/моль). Азот плохо растворяется в воде. Температура кипения азота составляет -195,8 °C, а температура плавления — -210 °C.

Химические свойства: Молекулярный азот $N_2$ химически малоактивен (инертен) при обычных условиях из-за наличия очень прочной тройной связи между атомами ($N \equiv N$). Для разрыва этой связи требуется большое количество энергии. Поэтому реакции с участием азота обычно протекают при высоких температурах, давлении или в присутствии катализаторов. В соединениях азот проявляет степени окисления от -3 до +5. Он может быть как окислителем (например, в реакциях с металлами и водородом), так и восстановителем (в реакциях с кислородом, фтором).

Название "азот": Название "азот" (от греч. a — "без" и zoe — "жизнь") было предложено в 1787 году Антуаном Лавуазье. Оно означает "безжизненный" или "не поддерживающий жизнь", поскольку в атмосфере чистого азота живые организмы погибали из-за отсутствия кислорода. Таким образом, название исторически и фактически верно отражает одно из его свойств.

Ответ: Азот (N) — элемент 2-го периода, 15-й группы, неметалл. Как простое вещество $N_2$ — это инертный газ без цвета и запаха. В реакциях проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства. Название "азот" (безжизненный) дано правильно, так как он не поддерживает дыхание.

2. Какое свойство показывает азот в химических реакциях? В каких случаях он окислитель, в каких - восстановитель?

Азот в химических реакциях проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Это связано с тем, что в виде простого вещества $N_2$ он имеет промежуточную степень окисления 0 и может как принимать электроны (понижая степень окисления), так и отдавать их (повышая степень окисления).

Азот как окислитель: Азот выступает в роли окислителя, когда реагирует с менее электроотрицательными элементами, такими как металлы и водород. При этом его степень окисления понижается с 0 до отрицательных значений (чаще всего до -3).

• В реакции с активными металлами образуются нитриды: $N_2^0 + 6Li^0 \rightarrow 2Li_3^+N^{-3}$
• В реакции с водородом (процесс Габера) образуется аммиак: $N_2^0 + 3H_2^0 \rightleftharpoons 2N^{-3}H_3^+$

Азот как восстановитель: Азот выступает в роли восстановителя, когда реагирует с более электроотрицательными элементами, в первую очередь с кислородом и фтором. При этом его степень окисления повышается с 0 до положительных значений.

• В реакции с кислородом при очень высокой температуре (например, в дуговом разряде) образуется оксид азота(II): $N_2^0 + O_2^0 \rightleftharpoons 2N^{+2}O^{-2}$
• В реакции с фтором образуется фторид азота(III): $N_2^0 + 3F_2^0 \rightarrow 2N^{+3}F_3^-$

Ответ: Азот проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Он является окислителем в реакциях с металлами и водородом, понижая свою степень окисления до отрицательных значений. Он является восстановителем в реакциях с более электроотрицательными элементами (кислородом, фтором), повышая свою степень окисления до положительных значений.

3. Какова формула валентных электронов элементов подгруппы азота?

Элементы подгруппы азота — это элементы 15-й группы Периодической системы: азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), сурьма (Sb) и висмут (Bi). Все они имеют схожее строение внешнего электронного уровня.

Валентными электронами у элементов главных подгрупп являются электроны внешнего энергетического уровня. У всех элементов 15-й группы на внешнем s-подуровне находятся 2 электрона и на внешнем p-подуровне — 3 электрона. Если обозначить номер периода (номер внешнего энергетического уровня) буквой n, то общая электронная формула валентных электронов для этих элементов будет $ns^2np^3$.

Ответ: $ns^2np^3$, где n — номер периода.

4. Дайте объяснение химической инертности молекулярного азота.

Химическая инертность (малая реакционная способность) молекулярного азота $N_2$ при обычных условиях объясняется особенностями его строения. В молекуле азота два атома связаны между собой очень прочной тройной ковалентной неполярной связью ($N \equiv N$).

Эта тройная связь состоит из одной сигма ($\sigma$) и двух пи ($\pi$) связей. Энергия, необходимая для разрыва этой связи, чрезвычайно велика и составляет 945 кДж/моль. Это одна из самых прочных связей среди двухатомных молекул.

Для того чтобы азот вступил в химическую реакцию, необходимо затратить огромное количество энергии для разрыва этой тройной связи (то есть преодолеть высокую энергию активации). Такими условиями могут быть высокая температура (сотни или тысячи градусов Цельсия), высокое давление, электрический разряд (как в грозу) или использование катализаторов. При комнатной температуре и нормальном давлении большинство веществ не обладают достаточной энергией для реакции с азотом, что и обуславливает его инертность.

Ответ: Химическая инертность молекулярного азота обусловлена наличием очень прочной тройной связи ($N \equiv N$) между атомами в молекуле $N_2$, для разрыва которой требуется большое количество энергии (высокая энергия активации).