Страница 73 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Рассмотрите окислительно—восстановительную реакцию с позиций окисления—восстановления.

$(NH_4)_2Cr_2O_7 = \text{______} + \text{______} + \text{______}$

Решение

Данная реакция представляет собой термическое разложение дихромата аммония $(NH_4)_2Cr_2O_7$. Это внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция, поскольку и окислитель, и восстановитель находятся в составе одного и того же исходного вещества.

1. Определение степеней окисления.
Для анализа процесса необходимо определить степени окисления элементов, которые их изменяют.
- В катионе аммония $NH_4^+$: степень окисления водорода $H$ равна $+1$. Суммарный заряд иона $+1$. Следовательно, степень окисления азота $N$ равна $-3$.
- В дихромат-анионе $Cr_2O_7^{2-}$: степень окисления кислорода $O$ равна $-2$. Суммарный заряд иона $-2$. Следовательно, степень окисления хрома $Cr$ равна $+6$.
Итак, в исходном веществе $(\overset{-3}{N}H_4)_2\overset{+6}{Cr}_2O_7$.

2. Составление уравнения реакции.
В ходе реакции азот ($N^{-3}$), являясь восстановителем, окисляется до простого вещества — газообразного азота $N_2$, где его степень окисления равна $0$.
Хром ($Cr^{+6}$), являясь окислителем, восстанавливается до оксида хрома(III) $Cr_2O_3$, где его степень окисления равна $+3$.
Оставшиеся атомы водорода и кислорода образуют воду $H_2O$.
Схема реакции: $(NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow N_2 + Cr_2O_3 + H_2O$.
Уравняем реакцию, расставляя коэффициенты:
$(NH_4)_2Cr_2O_7 \xrightarrow{t} N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$.

3. Электронный баланс.
Рассмотрим процессы перехода электронов:
$2\overset{-3}{N} - 6e^- \rightarrow \overset{0}{N_2}$ | 1 (процесс окисления)
$2\overset{+6}{Cr} + 6e^- \rightarrow 2\overset{+3}{Cr}$ | 1 (процесс восстановления)
Количество отданных и принятых электронов равно (6), поэтому коэффициенты в уравнении реакции равны 1.
- $N^{-3}$ (в $NH_4^+$) — восстановитель.
- $Cr^{+6}$ (в $Cr_2O_7^{2-}$) — окислитель.

Ответ: Полное уравнение реакции: $(NH_4)_2Cr_2O_7 = N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$. В данной реакции восстановителем является азот в степени окисления $-3$ (в составе иона аммония $NH_4^+$), который окисляется до $N_2^0$. Окислителем является хром в степени окисления $+6$ (в составе дихромат-иона $Cr_2O_7^{2-}$), который восстанавливается до $Cr^{+3}$ (в составе оксида хрома(III) $Cr_2O_3$).

Качественной реакцией для распознавания солей аммония является их взаимодействие с растворами щелочей (например, гидроксидом натрия $NaOH$ или гидроксидом калия $KOH$) при нагревании. При этом выделяется газ — аммиак ($NH_3$) — с характерным резким запахом. Наличие аммиака можно также определить с помощью влажной индикаторной бумаги (лакмусовая синеет, фенолфталеиновая становится малиновой).

а) Распознавание хлорида аммония ($NH_4Cl$)

Молекулярное уравнение реакции:

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

Полное ионное уравнение (все сильные электролиты в растворе записаны в виде ионов):

$NH_4^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} Na^+ + Cl^- + NH_3 \uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения одинаковых ионов из обеих частей уравнения):

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$

Ответ:

Молекулярное уравнение: $NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O$

Ионные уравнения: $NH_4^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} Na^+ + Cl^- + NH_3 \uparrow + H_2O$ (полное); $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$ (сокращенное).

б) Распознавание сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$)

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Полное ионное уравнение:

$2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \xrightarrow{t^\circ} 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$

Ответ:

Молекулярное уравнение: $(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Ионные уравнения: $2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \xrightarrow{t^\circ} 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$ (полное); $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$ (сокращенное).

в) Распознавание фосфата аммония ($(NH_4)_3PO_4$)

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_3PO_4 + 3NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_3PO_4 + 3NH_3 \uparrow + 3H_2O$

Полное ионное уравнение:

$3NH_4^+ + PO_4^{3-} + 3Na^+ + 3OH^- \xrightarrow{t^\circ} 3Na^+ + PO_4^{3-} + 3NH_3 \uparrow + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$

Ответ:

Молекулярное уравнение: $(NH_4)_3PO_4 + 3NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_3PO_4 + 3NH_3 \uparrow + 3H_2O$

Ионные уравнения: $3NH_4^+ + PO_4^{3-} + 3Na^+ + 3OH^- \xrightarrow{t^\circ} 3Na^+ + PO_4^{3-} + 3NH_3 \uparrow + 3H_2O$ (полное); $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3 \uparrow + H_2O$ (сокращенное).

2. Используя дополнительные источники информации, расположите азотные удобрения в порядке возрастания в них массовой доли азота.

а) чилийская селитра

$M(\underline{\hspace{2cm}}) = \underline{\hspace{2cm}}$

$w(\text{N}) = \underline{\hspace{2cm}}$

б) кальциевая селитра

$M(\underline{\hspace{2cm}}) = \underline{\hspace{2cm}}$

$w(\text{N}) = \underline{\hspace{2cm}}$

в) сульфат аммония

$M(\underline{\hspace{2cm}}) = \underline{\hspace{2cm}}$

$w(\text{N}) = \underline{\hspace{2cm}}$

г) гидрофосфат аммония

$M(\underline{\hspace{2cm}}) = \underline{\hspace{2cm}}$

$w(\text{N}) = \underline{\hspace{2cm}}$

д) нитрат аммония

$M(\underline{\hspace{2cm}}) = \underline{\hspace{2cm}}$

$w(\text{N}) = \underline{\hspace{2cm}}$

Ответ:

$\underline{\hspace{10cm}}$

Дано:

Азотные удобрения:

а) чилийская селитра

б) кальциевая селитра

в) сульфат аммония

г) гидрофосфат аммония

д) нитрат аммония

Найти:

1. Химическую формулу, молярную массу ($M$) и массовую долю азота ($w(N)$) для каждого удобрения.

2. Расположить удобрения в порядке возрастания массовой доли азота.

Решение:

Для решения задачи для каждого вещества определим его химическую формулу, рассчитаем молярную массу ($M$) и затем массовую долю азота ($w(N)$). Расчет массовой доли элемента будем производить по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{M(\text{вещества})} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в формуле, $Ar(Э)$ — его относительная атомная масса, а $M$ — молярная масса вещества (рассчитанная как сумма относительных атомных масс всех атомов в молекуле).

Будем использовать округленные значения относительных атомных масс: $Ar(H)=1$; $Ar(N)=14$; $Ar(O)=16$; $Ar(Na)=23$; $Ar(P)=31$; $Ar(S)=32$; $Ar(Ca)=40$.

а) чилийская селитра

Химическая формула (нитрат натрия): $NaNO_3$.

Молярная масса: $M(NaNO_3) = Ar(Na) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 23 + 14 + 3 \cdot 16 = 85$ г/моль.

Массовая доля азота: $w(N) = \frac{1 \cdot Ar(N)}{M(NaNO_3)} = \frac{14}{85} \cdot 100\% \approx 16.47\%$.

б) кальциевая селитра

Химическая формула (нитрат кальция): $Ca(NO_3)_2$.

Молярная масса: $M(Ca(NO_3)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(N) + 3 \cdot Ar(O)) = 40 + 2 \cdot (14 + 48) = 40 + 124 = 164$ г/моль.

Массовая доля азота: $w(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M(Ca(NO_3)_2)} = \frac{2 \cdot 14}{164} \cdot 100\% = \frac{28}{164} \cdot 100\% \approx 17.07\%$.

в) сульфат аммония

Химическая формула: $(NH_4)_2SO_4$.

Молярная масса: $M((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot (Ar(N) + 4 \cdot Ar(H)) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot (14 + 4) + 32 + 4 \cdot 16 = 36 + 32 + 64 = 132$ г/моль.

Массовая доля азота: $w(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M((NH_4)_2SO_4)} = \frac{2 \cdot 14}{132} \cdot 100\% = \frac{28}{132} \cdot 100\% \approx 21.21\%$.

г) гидрофосфат аммония

Химическая формула (диаммонийфосфат): $(NH_4)_2HPO_4$.

Молярная масса: $M((NH_4)_2HPO_4) = 2 \cdot (Ar(N) + 4 \cdot Ar(H)) + Ar(H) + Ar(P) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot (14 + 4) + 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 36 + 1 + 31 + 64 = 132$ г/моль.

Массовая доля азота: $w(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M((NH_4)_2HPO_4)} = \frac{2 \cdot 14}{132} \cdot 100\% = \frac{28}{132} \cdot 100\% \approx 21.21\%$.

д) нитрат аммония

Химическая формула (аммиачная селитра): $NH_4NO_3$.

Молярная масса: $M(NH_4NO_3) = 2 \cdot Ar(N) + 4 \cdot Ar(H) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 4 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 28 + 4 + 48 = 80$ г/моль.

Массовая доля азота: $w(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M(NH_4NO_3)} = \frac{2 \cdot 14}{80} \cdot 100\% = \frac{28}{80} \cdot 100\% = 35.00\%$.

Сведем полученные результаты в таблицу и отсортируем по возрастанию массовой доли азота:

1. Чилийская селитра ($NaNO_3$): $w(N) \approx 16.47\%$

2. Кальциевая селитра ($Ca(NO_3)_2$): $w(N) \approx 17.07\%$

3. Сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$): $w(N) \approx 21.21\%$

4. Гидрофосфат аммония ($(NH_4)_2HPO_4$): $w(N) \approx 21.21\%$

5. Нитрат аммония ($NH_4NO_3$): $w(N) = 35.00\%$

Ответ:

Порядок возрастания массовой доли азота: а) чилийская селитра ($16.47\%$) < б) кальциевая селитра ($17.07\%$) < в) сульфат аммония ($21.21\%$) = г) гидрофосфат аммония ($21.21\%$) < д) нитрат аммония ($35.00\%$).