Номер 4, страница 210 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

4. Рассмотрите уравнения реакций разбавленной и концентрированной азотной кислоты с медью с точки зрения процессов окисления-восстановления.

Решение

Азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем. Продукты ее восстановления при реакции с металлами зависят от концентрации кислоты и активности металла. Медь ($Cu$) — металл, стоящий в ряду активности после водорода, поэтому она не вытесняет водород из кислот, но вступает в окислительно-восстановительную реакцию с азотной кислотой.

Реакция меди с концентрированной азотной кислотой

При взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$) образуются нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), оксид азота(IV) ($NO_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции:

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

Рассмотрим эту реакцию с точки зрения процессов окисления-восстановления. Для этого определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\stackrel{0}{Cu} + 4H\stackrel{+1}{N}\stackrel{+5}{O_3}\stackrel{-2}{} \rightarrow \stackrel{+2}{Cu}(\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O_3})_2 + 2\stackrel{+4}{N}\stackrel{-2}{O_2} + 2H_2\stackrel{+1}{O}\stackrel{-2}{}$

Атом меди ($Cu$) повышает свою степень окисления с 0 до +2.
Атом азота ($N$) в составе азотной кислоты понижает свою степень окисления с +5 до +4.

Составим схему электронного баланса:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 | процесс окисления
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | процесс восстановления

В данной реакции медь ($Cu^0$) отдает электроны, следовательно, является восстановителем. Азот ($N^{+5}$) в составе азотной кислоты принимает электроны, следовательно, азотная кислота является окислителем.

Ответ: В реакции меди с концентрированной азотной кислотой медь ($Cu$) выступает в роли восстановителя, окисляясь со степени окисления 0 до +2. Азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем за счет атома азота, который восстанавливается со степени окисления +5 до +4. Уравнение реакции: $Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$.

Реакция меди с разбавленной азотной кислотой

При взаимодействии меди с разбавленной азотной кислотой ($HNO_3$) образуются нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), оксид азота(II) ($NO$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции:

$3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Рассмотрим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$3\stackrel{0}{Cu} + 8H\stackrel{+1}{N}\stackrel{+5}{O_3}\stackrel{-2}{} \rightarrow 3\stackrel{+2}{Cu}(\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O_3})_2 + 2\stackrel{+2}{N}\stackrel{-2}{O} + 4H_2\stackrel{+1}{O}\stackrel{-2}{}$

Атом меди ($Cu$) повышает свою степень окисления с 0 до +2.
Атом азота ($N$) в составе азотной кислоты понижает свою степень окисления с +5 до +2.

Составим схему электронного баланса:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 3 | процесс окисления
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 2 | процесс восстановления

В этой реакции медь ($Cu^0$) также является восстановителем, а азотная кислота ($N^{+5}$) — окислителем. Отличие заключается в глубине восстановления азота.

Ответ: В реакции меди с разбавленной азотной кислотой медь ($Cu$) является восстановителем (окисляется от 0 до +2), а азотная кислота ($HNO_3$) — окислителем. Азот восстанавливается глубже, чем в случае с концентрированной кислотой: со степени окисления +5 до +2. Уравнение реакции: $3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$.