Номер 1, страница 195 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Напишите уравнения реакций азота с магнием, кальцием, алюминием. Рассмотрите эти окислительно-восстановительные процессы. Как называют продукты реакций? Каков тип химической связи и кристаллической решётки в них? Какими свойствами должны обладать продукты реакций?

Решение

Азот является химически малоактивным веществом, однако при высоких температурах он способен вступать в реакции с металлами, образуя бинарные соединения — нитриды. В этих реакциях азот проявляет окислительные свойства, а металлы — восстановительные.

Напишите уравнения реакций азота с магнием, кальцием, алюминием. Рассмотрите эти окислительно-восстановительные процессы.

При взаимодействии азота с указанными металлами происходят следующие окислительно-восстановительные реакции:

1. Реакция с магнием (Mg): при нагревании магний сгорает в атмосфере азота, образуя нитрид магния.
Уравнение реакции: $3Mg + N_2 \xrightarrow{t} Mg_3N_2$.
В этой реакции магний ($Mg^0$) повышает свою степень окисления, являясь восстановителем, а азот ($N_2^0$) понижает, являясь окислителем.
Схема электронного баланса:
$ \begin{array}{c|c} Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2} & 3 \text{ (окисление, восстановитель)} \\ N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3} & 1 \text{ (восстановление, окислитель)} \end{array} $

2. Реакция с кальцием (Ca): кальций, как и магний, является активным щелочноземельным металлом и реагирует с азотом при нагревании, образуя нитрид кальция.
Уравнение реакции: $3Ca + N_2 \xrightarrow{t} Ca_3N_2$.
Кальций ($Ca^0$) является восстановителем, азот ($N_2^0$) — окислителем.
Схема электронного баланса:
$ \begin{array}{c|c} Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{+2} & 3 \text{ (окисление, восстановитель)} \\ N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3} & 1 \text{ (восстановление, окислитель)} \end{array} $

3. Реакция с алюминием (Al): алюминий реагирует с азотом при высокой температуре (около 800 °C) с образованием нитрида алюминия.
Уравнение реакции: $2Al + N_2 \xrightarrow{t} 2AlN$.
Алюминий ($Al^0$) является восстановителем, азот ($N_2^0$) — окислителем.
Схема электронного баланса:
$ \begin{array}{c|c} Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} & 2 \text{ (окисление, восстановитель)} \\ N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3} & 1 \text{ (восстановление, окислитель)} \end{array} $

Ответ: Уравнения реакций: $3Mg + N_2 \rightarrow Mg_3N_2$; $3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$; $2Al + N_2 \rightarrow 2AlN$. Во всех этих окислительно-восстановительных процессах металлы (Mg, Ca, Al) выступают в роли восстановителей, а молекулярный азот ($N_2$) — в роли окислителя.

Как называют продукты реакций?

Продуктами данных реакций являются бинарные соединения металла с азотом, в которых азот имеет степень окисления -3. Такие соединения называются нитридами. Соответственно, образуются: $Mg_3N_2$ — нитрид магния, $Ca_3N_2$ — нитрид кальция, $AlN$ — нитрид алюминия.

Ответ: Продукты реакций называют нитридами: нитрид магния, нитрид кальция, нитрид алюминия.

Каков тип химической связи и кристаллической решётки в них?

Нитриды магния, кальция и алюминия образованы атомами типичных металлов и типичного неметалла — азота. Разница в электроотрицательности между атомами азота (ЭО = 3.04) и атомами металлов (Mg: ЭО = 1.31; Ca: ЭО = 1.00; Al: ЭО = 1.61) значительна. Это приводит к переходу электронов от атомов металла к атому азота и формированию ионов $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $Al^{3+}$ и $N^{3-}$. Связь, возникающая за счёт электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами, называется ионной. Вещества с преобладающим ионным типом связи в твёрдом состоянии образуют ионные кристаллические решётки, в узлах которых находятся катионы металлов и анионы нитрида.

Ответ: Тип химической связи — ионная, тип кристаллической решётки — ионная.

Какими свойствами должны обладать продукты реакций?

Исходя из строения нитридов (ионная связь и ионная кристаллическая решётка), можно предсказать их основные свойства.
Физические свойства: это твёрдые, кристаллические, тугоплавкие вещества. Высокие температуры плавления объясняются большой энергией ионной кристаллической решётки, для разрушения которой требуется значительное количество энергии.
Химические свойства: нитриды активных металлов являются химически активными, солеподобными соединениями. Их наиболее характерное свойство — способность к полному и необратимому гидролизу водой или водными растворами кислот. В результате гидролиза образуются гидроксид соответствующего металла и аммиак.
Примеры реакций гидролиза:
$Mg_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Mg(OH)_2 \downarrow + 2NH_3 \uparrow$
$Ca_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2NH_3 \uparrow$
$AlN + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + NH_3 \uparrow$

Ответ: Продукты реакций (нитриды) — это твёрдые, тугоплавкие кристаллические вещества, которые легко подвергаются полному гидролизу водой с образованием соответствующего гидроксида металла и аммиака.