Номер 6, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

6. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) $NH_3$ → $N_2$ → $NO$ → $NO_2$ → $HNO_3$ → $NaNO_3$ → $NaNO_2$

б) $KNO_3$ → $HNO_3$ → $Cu(NO_3)_2$ → $NO_2$ → $N_2$

Для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения, а в уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

а) $NH_3 \rightarrow N_2 \rightarrow NO \rightarrow NO_2 \rightarrow HNO_3 \rightarrow NaNO_3 \rightarrow NaNO_2$

Решение

1. Окисление аммиака оксидом меди(II) при нагревании. Это окислительно-восстановительная реакция (ОВР).

   Электронный баланс:
   $2\overset{-3}{N}H_3 - 6e^- \rightarrow \overset{0}{N_2}$ | 1 (восстановитель)
   $\overset{+2}{C}uO + 2e^- \rightarrow \overset{0}{C}u$ | 3 (окислитель)

   Аммиак ($N^{-3}$) является восстановителем, оксид меди(II) ($Cu^{+2}$) – окислителем.

   Ответ: $2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} N_2 + 3Cu + 3H_2O$

2. Окисление азота кислородом при высокой температуре (в электрической дуге) или с использованием катализатора. Это ОВР.

   Электронный баланс:
   $\overset{0}{N_2} - 4e^- \rightarrow 2\overset{+2}{N}O$ | 1 (восстановитель)
   $\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 (окислитель)

   Азот ($N_2$) является восстановителем, кислород ($O_2$) – окислителем.

   Ответ: $N_2 + O_2 \xrightarrow{t, kat} 2NO$

3. Окисление оксида азота(II) кислородом воздуха. Реакция протекает самопроизвольно при обычных условиях. Это ОВР.

   Электронный баланс:
   $\overset{+2}{N}O - 2e^- \rightarrow \overset{+4}{N}O_2$ | 2 (восстановитель)
   $\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 (окислитель)

   Оксид азота(II) ($NO$) является восстановителем, кислород ($O_2$) – окислителем.

   Ответ: $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

4. Растворение оксида азота(IV) в воде в присутствии кислорода. Это ОВР, протекающая в растворе.

   Электронный баланс:
   $\overset{+4}{N}O_2 - 1e^- \rightarrow H\overset{+5}{N}O_3$ | 4 (восстановитель)
   $\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 (окислитель)

   Оксид азота(IV) ($NO_2$) является восстановителем, кислород ($O_2$) – окислителем.

   Реакция протекает в растворе, азотная кислота является сильным электролитом.
   Полное ионное уравнение: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4NO_3^-$.
   Сокращенное ионное уравнение совпадает с полным.

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

5. Реакция нейтрализации азотной кислоты гидроксидом натрия. Это реакция ионного обмена, протекающая в растворе.

   Полное ионное уравнение: $H^+ + NO_3^- + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + NO_3^- + H_2O$.
   Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

   Ответ: $HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

6. Термическое разложение нитрата натрия. Это внутримолекулярная ОВР.

   Электронный баланс:
   $\overset{+5}{N} + 2e^- \rightarrow \overset{+3}{N}$ | 2 (окислитель)
   $2\overset{-2}{O} - 4e^- \rightarrow \overset{0}{O_2}$ | 1 (восстановитель)

   Азот в степени окисления +5 ($N^{+5}$) является окислителем, кислород в степени окисления -2 ($O^{-2}$) – восстановителем (оба входят в состав $NaNO_3$).

   Ответ: $2NaNO_3 \xrightarrow{t} 2NaNO_2 + O_2$

б) $KNO_3 \rightarrow HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow NO_2 \rightarrow N_2$

Решение

1. Получение азотной кислоты из нитрата калия действием концентрированной серной кислоты при нагревании. Это реакция обмена.

   Реакция не протекает в растворе, а основана на вытеснении более летучей кислоты (азотной) менее летучей (серной). Поэтому ионные уравнения для нее не записывают.

   Ответ: $KNO_3(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} KHSO_4 + HNO_3 \uparrow$

2. Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой. Это ОВР, протекающая в растворе.

   Электронный баланс:
   $\overset{0}{C}u - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{C}u(NO_3)_2$ | 1 (восстановитель)
   $H\overset{+5}{N}O_3 + 1e^- \rightarrow \overset{+4}{N}O_2$ | 2 (окислитель)

   Медь ($Cu$) является восстановителем, азотная кислота ($N^{+5}$) – окислителем.

   Реакция протекает в растворе.
   Полное ионное уравнение: $Cu + 4H^+ + 4NO_3^- \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^- + 2NO_2 + 2H_2O$.
   Сокращенное ионное уравнение: $Cu + 4H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_2 + 2H_2O$.

   Ответ: $Cu + 4HNO_3(конц) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$

3. Термическое разложение нитрата меди(II). Это внутримолекулярная ОВР.

   Электронный баланс:
   $\overset{+5}{N} + 1e^- \rightarrow \overset{+4}{N}$ | 4 (окислитель)
   $2\overset{-2}{O} - 4e^- \rightarrow \overset{0}{O_2}$ | 1 (восстановитель)

   Азот в степени окисления +5 ($N^{+5}$) является окислителем, кислород в степени окисления -2 ($O^{-2}$) – восстановителем (оба входят в состав $Cu(NO_3)_2$).

   Ответ: $2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 4NO_2 + O_2$

4. Восстановление оксида азота(IV) аммиаком при нагревании в присутствии катализатора. Это ОВР.

   Электронный баланс:
   $\overset{+4}{N}O_2 + 4e^- \rightarrow \frac{1}{2}\overset{0}{N_2}$ | 3 (окислитель)
   $\overset{-3}{N}H_3 - 3e^- \rightarrow \frac{1}{2}\overset{0}{N_2}$ | 4 (восстановитель)

   Для целых коэффициентов домножим на 2: $6N^{+4} + 24e^- \rightarrow 3N_2$ и $8N^{-3} - 24e^- \rightarrow 4N_2$. Суммарно образуется $7N_2$.

   Оксид азота(IV) ($NO_2$) является окислителем, аммиак ($NH_3$) – восстановителем.

   Ответ: $6NO_2 + 8NH_3 \xrightarrow{t, kat} 7N_2 + 12H_2O$