Номер 5, страница 211 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. Предложите две цепочки превращений, приводящих к получению азотной кислоты, исходя из азота и аммиака. Опишите окислительно-восстановительные реакции, используя метод электронного баланса.

Для получения азотной кислоты можно предложить две основные цепочки превращений, одна из которых исходит из азота, а другая — из аммиака.

Данный способ основан на прямом окислении атмосферного азота.

Схема превращений: $N_2 \rightarrow NO \rightarrow NO_2 \rightarrow HNO_3$

1. Получение оксида азота(II) из азота.

Реакция окисления азота кислородом происходит при очень высокой температуре (около 3000°C, например, в электрической дуге) и является обратимой. Это первая стадия процесса.

$N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO$

Это окислительно-восстановительная реакция. Азот является восстановителем, а кислород — окислителем.

Метод электронного баланса:

$N_2^0 - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$ | 1 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель, восстановление

2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV).

При охлаждении смеси оксид азота(II) легко окисляется кислородом воздуха до оксида азота(IV).

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

В этой реакции оксид азота(II) является восстановителем, а кислород — окислителем.

Метод электронного баланса:

$N^{+2} - 2e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель, восстановление

3. Получение азотной кислоты.

Азотная кислота образуется при взаимодействии оксида азота(IV) с водой в присутствии кислорода.

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Здесь оксид азота(IV) является восстановителем, а кислород — окислителем.

Метод электронного баланса:

$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ | 4 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель, восстановление

Ответ: Цепочка превращений из азота: $N_2 \xrightarrow{O_2, t^\circ} NO \xrightarrow{O_2} NO_2 \xrightarrow{O_2, H_2O} HNO_3$. Окислительно-восстановительными являются все три стадии процесса.

Это основной промышленный способ получения азотной кислоты (метод Оствальда).

Схема превращений: $NH_3 \rightarrow NO \rightarrow NO_2 \rightarrow HNO_3$

1. Каталитическое окисление аммиака.

Аммиак окисляют кислородом воздуха на платино-родиевом катализаторе при температуре 850-900°C.

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt/Rh, t^\circ} 4NO + 6H_2O$

В этой реакции аммиак является восстановителем, а кислород — окислителем.

Метод электронного баланса:

$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$ | 4 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 5 | окислитель, восстановление

2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV).

Эта стадия полностью аналогична второй стадии в первой цепочке.

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Метод электронного баланса:

$N^{+2} - 2e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель, восстановление

3. Получение азотной кислоты.

Эта стадия также полностью аналогична третьей стадии в первой цепочке.

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Метод электронного баланса:

$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ | 4 | восстановитель, окисление
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель, восстановление

Ответ: Цепочка превращений из аммиака: $NH_3 \xrightarrow{O_2, кат., t^\circ} NO \xrightarrow{O_2} NO_2 \xrightarrow{O_2, H_2O} HNO_3$. Все три стадии процесса являются окислительно-восстановительными реакциями.