Страница 77 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть II

1. Запишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций, характеризующих химические свойства азотистой кислоты.

а)

б)

в)

a)

Азотистая кислота ($HNO_2$) является слабой кислотой и проявляет все типичные свойства кислот, например, вступает в реакцию нейтрализации с основаниями с образованием соли (нитрита) и воды. Пример реакции с гидроксидом натрия:

Молекулярное уравнение:

$HNO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_2 + H_2O$

Так как азотистая кислота слабая, в ионном уравнении она записывается в молекулярном виде. Полное ионное уравнение:

$HNO_2 + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + NO_2^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения ионов $Na^+$):

$HNO_2 + OH^- \rightarrow NO_2^- + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $HNO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_2 + H_2O$; сокращенное ионное уравнение: $HNO_2 + OH^- \rightarrow NO_2^- + H_2O$.

б)

Азот в азотистой кислоте имеет промежуточную степень окисления +3, поэтому она может выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. В реакциях с сильными восстановителями азотистая кислота проявляет окислительные свойства, при этом азот понижает свою степень окисления (например, до +2). Пример реакции с иодоводородной кислотой:

Молекулярное уравнение:

$2HNO_2 + 2HI \rightarrow 2NO\uparrow + I_2\downarrow + 2H_2O$

Полное и сокращенное ионное уравнение в данном случае совпадают, так как все участники реакции либо являются слабыми электролитами ($HNO_2, H_2O$), либо газом ($NO$), либо осадком ($I_2$), а ионы-наблюдатели отсутствуют:

$2HNO_2 + 2H^+ + 2I^- \rightarrow 2NO\uparrow + I_2\downarrow + 2H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $2HNO_2 + 2HI \rightarrow 2NO\uparrow + I_2\downarrow + 2H_2O$; ионное уравнение: $2HNO_2 + 2H^+ + 2I^- \rightarrow 2NO\uparrow + I_2\downarrow + 2H_2O$.

в)

В реакциях с сильными окислителями азотистая кислота проявляет восстановительные свойства, при этом азот повышает свою степень окисления с +3 до +5. Классическим примером является реакция с перманганатом калия в кислой среде (например, в присутствии серной кислоты):

Молекулярное уравнение:

$5HNO_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5HNO_3 + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$

Полное ионное уравнение:

$5HNO_2 + 2K^+ + 2MnO_4^- + 6H^+ + 3SO_4^{2-} \rightarrow 5H^+ + 5NO_3^- + 2Mn^{2+} + 2SO_4^{2-} + 2K^+ + SO_4^{2-} + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения ионов-наблюдателей $K^+$ и $SO_4^{2-}$ и приведения подобных членов с $H^+$):

$5HNO_2 + 2MnO_4^- + H^+ \rightarrow 5NO_3^- + 2Mn^{2+} + 3H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $5HNO_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5HNO_3 + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$; сокращенное ионное уравнение: $5HNO_2 + 2MnO_4^- + H^+ \rightarrow 5NO_3^- + 2Mn^{2+} + 3H_2O$.

2. Для оксида азота(IV) верны следующие утверждения:

1) этому оксиду соответствуют азотная и азотистая кислоты

2) этому оксиду соответствует азотная кислота

3) этот оксид относят к несолеобразующим оксидам

4) этот оксид образуется в результате реакции азота и водорода

5) этот оксид образуется в результате некаталитического окисления аммиака

Ответ: и

Для определения верных утверждений об оксиде азота(IV) ($NO_2$), проанализируем каждое из предложенных утверждений.

1) этому оксиду соответствуют азотная и азотистая кислоты

Данное утверждение верно. Оксид азота(IV) является кислотным оксидом, в котором азот имеет степень окисления +4. При взаимодействии с водой он вступает в реакцию диспропорционирования, образуя одновременно две кислоты: азотную ($HNO_3$, степень окисления азота +5) и азотистую ($HNO_2$, степень окисления азота +3). Такие оксиды называются смешанными. Уравнение реакции: $2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$.

2) этому оксиду соответствует азотная кислота

Данное утверждение неверно. Понятие «соответствующая кислота» обычно подразумевает гидрат оксида, в котором центральный атом сохраняет свою степень окисления. В $NO_2$ степень окисления азота +4, а в азотной кислоте ($HNO_3$) — +5. Как указано в анализе первого пункта, оксиду азота(IV) соответствуют две кислоты. Хотя в присутствии кислорода $NO_2$ можно полностью превратить в азотную кислоту ($4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$), в строгом химическом смысле утверждение некорректно, так как является неполным.

3) этот оксид относят к несолеобразующим оксидам

Данное утверждение неверно. Оксид азота(IV) является типичным кислотным оксидом. Он активно реагирует со щелочами, образуя соли двух кислот — нитраты и нитриты, например: $2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$. К несолеобразующим оксидам азота относятся $N_2O$ и $NO$.

4) этот оксид образуется в результате реакции азота и водорода

Данное утверждение неверно. Реакция азота с водородом является промышленным способом получения аммиака ($NH_3$), известным как процесс Габера-Боша: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Оксид азота(IV) в этой реакции не образуется.

5) этот оксид образуется в результате некаталитического окисления аммиака

Данное утверждение верно. Хотя основным продуктом некаталитического окисления аммиака (горения) является молекулярный азот ($4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$), при определенных условиях, например, при очень высоких температурах, в качестве побочных продуктов могут образовываться и оксиды азота ($NO_x$), включая $NO_2$. Таким образом, утверждение, что он «образуется» в ходе этого процесса, является корректным.

Таким образом, верными являются утверждения 1 и 5.

Ответ: 1 и 5.

3. Дополните схему реакции. Расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

$I_2 + HNO_3 \to HIO_3 + \text{____} + \text{____}$

Решение

Сначала дополним схему реакции, определив все продукты. В данной окислительно-восстановительной реакции йод ($I_2$) является восстановителем, а азотная кислота ($HNO_3$) – окислителем.

Атом йода повышает свою степень окисления от 0 в простом веществе $I_2$ до +5 в йодноватой кислоте $HIO_3$.

Атом азота понижает свою степень окисления от +5 в азотной кислоте $HNO_3$. Продуктом восстановления азотной кислоты в реакции с неметаллами, как правило, является оксид азота(II) – $NO$ (степень окисления азота +2). Также для уравнивания атомов водорода и кислорода в реакции образуется вода ($H_2O$).

Таким образом, полная схема реакции выглядит следующим образом:

$I_2 + HNO_3 \rightarrow HIO_3 + NO + H_2O$

Теперь расставим коэффициенты, используя метод электронного баланса. Для этого определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{0}{I_2} + H\overset{+5}{N}O_3 \rightarrow H\overset{+5}{I}O_3 + \overset{+2}{N}O + H_2O$

Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления:

$\begin{array}{l|c|l}I_2^0 - 10e^- \rightarrow 2I^{+5} & 3 & \text{окисление (восстановитель)} \\\hlineN^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} & 10 & \text{восстановление (окислитель)}\end{array}$

В процессе окисления молекула йода $I_2$ теряет 10 электронов (каждый из двух атомов йода теряет по 5 электронов). В процессе восстановления атом азота $N^{+5}$ принимает 3 электрона. Наименьшее общее кратное для чисел 10 и 3 равно 30. Поэтому первую полуреакцию умножаем на 3, а вторую – на 10.

Теперь перенесем полученные коэффициенты в уравнение реакции:

Перед $I_2$ ставим коэффициент 3.

Перед $HIO_3$ ставим коэффициент $3 \times 2 = 6$.

Перед $HNO_3$ и $NO$ ставим коэффициент 10.

Получаем:

$3I_2 + 10HNO_3 \rightarrow 6HIO_3 + 10NO + H_2O$

Последним шагом уравниваем число атомов водорода и кислорода. Слева в $10HNO_3$ находится 10 атомов водорода. Справа в $6HIO_3$ – 6 атомов водорода. Следовательно, в правой части не хватает $10 - 6 = 4$ атомов водорода. Для этого ставим коэффициент 2 перед молекулой воды $H_2O$.

Итоговое уравнение реакции:

$3I_2 + 10HNO_3 \rightarrow 6HIO_3 + 10NO + 2H_2O$

Проведем проверку по атомам кислорода:

Слева: $10 \times 3 = 30$ атомов.

Справа: $6 \times 3 + 10 \times 1 + 2 \times 1 = 18 + 10 + 2 = 30$ атомов.

Число атомов кислорода слева и справа одинаково. Уравнение составлено верно.

Ответ: $3I_2 + 10HNO_3 \rightarrow 6HIO_3 + 10NO + 2H_2O$

4. Составьте уравнения реакций, соответствующих следующей схеме:

$N_2O_3 \rightarrow HNO_2 \rightarrow HNO_3 \rightarrow NO_2 \rightarrow HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2$

1)

2)

3)

4)

5)

Решение

1) Для получения азотистой кислоты ($HNO_2$) из оксида азота(III) ($N_2O_3$) необходимо провести реакцию этого кислотного оксида с водой. Оксид азота(III) является ангидридом азотистой кислоты.
$N_2O_3 + H_2O \rightarrow 2HNO_2$
Ответ: $N_2O_3 + H_2O \rightarrow 2HNO_2$

2) Превращение азотистой кислоты ($HNO_2$) в азотную ($HNO_3$) — это процесс окисления. Азотистая кислота может быть окислена кислородом воздуха до азотной кислоты.
$2HNO_2 + O_2 \rightarrow 2HNO_3$
Ответ: $2HNO_2 + O_2 \rightarrow 2HNO_3$

3) Оксид азота(IV) ($NO_2$) можно получить в результате реакции концентрированной азотной кислоты ($HNO_3$) с малоактивным металлом, например, с медью. В этой реакции азотная кислота проявляет свои сильные окислительные свойства.
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$
Ответ: $Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

4) Для получения азотной кислоты ($HNO_3$) из оксида азота(IV) ($NO_2$) его растворяют в воде в присутствии кислорода. Эта реакция является основной в промышленном производстве азотной кислоты.
$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$
Ответ: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

5) Чтобы получить соль нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$), нужно провести реакцию между азотной кислотой ($HNO_3$) и соединением кальция, например, основанием (гидроксидом кальция $Ca(OH)_2$), оксидом ($CaO$) или солью слабой кислоты (карбонатом кальция $CaCO_3$). Пример с гидроксидом кальция — это реакция нейтрализации.
$2HNO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$
Ответ: $2HNO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$