Номер B, страница 172 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. С какими из этих металлов взаимодействует концентрированная $HNO_3$: Cu, Al, Ag, Fe, Mg, Cr? Напишите молекулярное и полное ионное уравнения реакций.

2. Подберите коэффициенты для следующих уравнений реакций:

а) $NH_3 + KMnO_4 + H_2SO_4 \to N_2 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O;$

б) $Al + KNO_3 + KOH \to K_3AlO_3 + NH_3\uparrow + H_2O.$

3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) $NH_4NO_3 \to N_2 \to NH_3 \to NH_4NO_2 \to N_2O;$

б) $NH_4Cl \to NH_3 \to N_2 \to No \to NO_2 \to NaNO_2 \to HNO_2.$

Классифицируйте эти вещества, составьте электронный баланс для окислительно-восстановительных реакций.

1. С какими из этих металлов взаимодействует концентрированная $HNO_3$: $Cu, Al, Ag, Fe, Mg, Cr$? Напишите молекулярное и полное ионное уравнения реакций.

Решение:

Концентрированная азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем. При комнатной температуре она пассивирует некоторые металлы, создавая на их поверхности тонкую и прочную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшему взаимодействию. К таким металлам из предложенного списка относятся алюминий ($Al$), железо ($Fe$) и хром ($Cr$).

С медью ($Cu$), серебром ($Ag$) и магнием ($Mg$) реакция протекает с выделением диоксида азота ($NO_2$), так как кислота концентрированная.

Взаимодействие с медью ($Cu$):

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

$Cu^0 + 4H^+ + 4NO_3^- \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^- + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Взаимодействие с серебром ($Ag$):

Молекулярное уравнение:

$Ag + 2HNO_3(конц.) \rightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Ag^0 + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Ag^+ + NO_3^- + NO_2\uparrow + H_2O$

Взаимодействие с магнием ($Mg$):

Молекулярное уравнение:

$Mg + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Mg^0 + 4H^+ + 4NO_3^- \rightarrow Mg^{2+} + 2NO_3^- + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Концентрированная $HNO_3$ взаимодействует с $Cu, Ag, Mg$. Металлы $Al, Fe, Cr$ пассивируются концентрированной азотной кислотой. Уравнения реакций приведены выше.

2. Подберите коэффициенты для следующих уравнений реакций:

а) $NH_3 + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow N_2 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Расставим коэффициенты методом электронного баланса.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$N^{-3}$ в $NH_3$ переходит в $N_2^0$.

$Mn^{+7}$ в $KMnO_4$ переходит в $Mn^{+2}$ в $MnSO_4$.

Составим полуреакции:

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 5 (окисление, восстановитель)

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 6 (восстановление, окислитель)

Находим коэффициенты: перед $N_2$ ставим 5, перед $NH_3$ - 10. Перед $MnSO_4$ ставим 6, перед $KMnO_4$ - 6.

$10NH_3 + 6KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5N_2 + 6MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Уравниваем калий (K): слева 6, справа нужно 3 $K_2SO_4$.

$10NH_3 + 6KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5N_2 + 6MnSO_4 + 3K_2SO_4 + H_2O$

Уравниваем сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): справа $6+3=9$, значит, слева нужно 9 $H_2SO_4$.

$10NH_3 + 6KMnO_4 + 9H_2SO_4 \rightarrow 5N_2 + 6MnSO_4 + 3K_2SO_4 + H_2O$

Уравниваем водород (H): слева $10 \cdot 3 + 9 \cdot 2 = 30 + 18 = 48$. Справа нужно 24 $H_2O$.

Проверяем по кислороду (O): слева $6 \cdot 4 + 9 \cdot 4 = 24 + 36 = 60$. Справа $6 \cdot 4 + 3 \cdot 4 + 24 = 24 + 12 + 24 = 60$. Баланс сходится.

Ответ:

$10NH_3 + 6KMnO_4 + 9H_2SO_4 \rightarrow 5N_2 + 6MnSO_4 + 3K_2SO_4 + 24H_2O$

б) $Al + KNO_3 + KOH \rightarrow KAlO_2 + NH_3\uparrow + H_2O$

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция в щелочной среде. Расставим коэффициенты методом электронного баланса.

Определим степени окисления:

$Al^0$ переходит в $Al^{+3}$ в $KAlO_2$.

$N^{+5}$ в $KNO_3$ переходит в $N^{-3}$ в $NH_3$.

Составим полуреакции:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 8 (окисление, восстановитель)

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ | 3 (восстановление, окислитель)

Находим коэффициенты: перед $Al$ и $KAlO_2$ ставим 8. Перед $KNO_3$ и $NH_3$ ставим 3.

$8Al + 3KNO_3 + KOH \rightarrow 8KAlO_2 + 3NH_3\uparrow + H_2O$

Уравниваем калий (K): справа 8, слева 3 в $KNO_3$, значит, нужно 5 $KOH$.

$8Al + 3KNO_3 + 5KOH \rightarrow 8KAlO_2 + 3NH_3\uparrow + H_2O$

При такой расстановке баланс водорода и кислорода не сходится, если вода является продуктом. Проверим баланс атомов, предположив, что вода является реагентом.

$8Al + 3KNO_3 + 5KOH + 2H_2O \rightarrow 8KAlO_2 + 3NH_3\uparrow$

Проверим атомы:

Al: слева 8, справа 8.

K: слева $3+5=8$, справа 8.

N: слева 3, справа 3.

O: слева $3 \cdot 3 + 5 + 2 = 16$, справа $8 \cdot 2 = 16$.

H: слева $5 + 2 \cdot 2 = 9$, справа $3 \cdot 3 = 9$.

Баланс сходится. Следовательно, вода в этой реакции является реагентом, а не продуктом.

Ответ:

$8Al + 3KNO_3 + 5KOH + 2H_2O \rightarrow 8KAlO_2 + 3NH_3\uparrow$

3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) $NH_4NO_2 \rightarrow N_2 \rightarrow NH_3 \rightarrow NH_4NO_3 \rightarrow N_2O$

Решение:

1. $NH_4NO_2 \rightarrow N_2$: Разложение нитрита аммония при нагревании.

$NH_4NO_2 \xrightarrow{t} N_2\uparrow + 2H_2O$

Это внутримолекулярная ОВР. Баланс: $N^{-3} - 3e^- \rightarrow N^0$ и $N^{+3} + 3e^- \rightarrow N^0$.

2. $N_2 \rightarrow NH_3$: Процесс Габера-Боша, синтез аммиака.

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ (условия: p, t, катализатор Fe)

Это ОВР. Баланс: $N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3}$; $H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$.

3. $NH_3 \rightarrow NH_4NO_3$: Реакция аммиака с азотной кислотой.

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

Это реакция соединения, не ОВР.

4. $NH_4NO_3 \rightarrow N_2O$: Разложение нитрата аммония при нагревании.

$NH_4NO_3 \xrightarrow{t \approx 200^{\circ}C} N_2O\uparrow + 2H_2O$

Это внутримолекулярная ОВР. Баланс: $N^{-3} - 4e^- \rightarrow N^{+1}$ и $N^{+5} + 4e^- \rightarrow N^{+1}$.

Ответ:

Классификация веществ:

$NH_4NO_2$ - соль (нитрит аммония).

$N_2$ - простое вещество, неметалл (азот).

$NH_3$ - гидрид, основание (аммиак).

$NH_4NO_3$ - соль (нитрат аммония).

$N_2O$ - оксид (оксид азота(I)), несолеобразующий.

Уравнения реакций и электронные балансы приведены в решении.

б) $NH_4Cl \rightarrow NH_3 \rightarrow N_2 \rightarrow NO \rightarrow NO_2 \rightarrow NaNO_3 \rightarrow HNO_3$

Решение:

1. $NH_4Cl \rightarrow NH_3$: Получение аммиака действием щелочи на соль аммония при нагревании.

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + NaCl + H_2O$

Это реакция ионного обмена, не ОВР.

2. $NH_3 \rightarrow N_2$: Окисление аммиака кислородом без катализатора.

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

Это ОВР. Баланс: $2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ (x2); $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (x3).

3. $N_2 \rightarrow NO$: Окисление азота кислородом в электрической дуге.

$N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$ (условия: t > 2000°C)

Это ОВР. Баланс: $N_2^0 - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$; $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$.

4. $NO \rightarrow NO_2$: Окисление оксида азота(II) кислородом воздуха.

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Это ОВР. Баланс: $N^{+2} - 2e^- \rightarrow N^{+4}$ (x2); $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (x1).

5. $NO_2 \rightarrow NaNO_3$: Поглощение оксида азота(IV) раствором щелочи в присутствии кислорода.

$4NO_2 + 4NaOH + O_2 \rightarrow 4NaNO_3 + 2H_2O$

Это ОВР. Баланс: $N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ (x4); $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (x1).

6. $NaNO_3 \rightarrow HNO_3$: Действие концентрированной серной кислоты на твердый нитрат натрия.

$NaNO_3(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} HNO_3\uparrow + NaHSO_4$

Это реакция обмена, не ОВР.

Ответ:

Классификация веществ:

$NH_4Cl$ - соль (хлорид аммония).

$NH_3$ - гидрид, основание (аммиак).

$N_2$ - простое вещество, неметалл (азот).

$NO$ - оксид (оксид азота(II)), несолеобразующий.

$NO_2$ - оксид (оксид азота(IV)), кислотный.

$NaNO_3$ - соль (нитрат натрия).

$HNO_3$ - кислота (азотная кислота).

Уравнения реакций и электронные балансы приведены в решении.