Страница 80 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть II

1. Составьте уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям:

$NaN O_3 \rightarrow NaN O_2 \rightarrow HN O_2 \rightarrow N H_4N O_2 \rightarrow N_2$

1)

2)

3)

4)

Решение

1) Переход от нитрата натрия ($NaNO_3$) к нитриту натрия ($NaNO_2$) осуществляется реакцией термического разложения. Нитраты активных металлов (включая натрий) при нагревании разлагаются на нитрит и кислород.
Ответ: $2NaNO_3 \xrightarrow{t} 2NaNO_2 + O_2\uparrow$

2) Для получения азотистой кислоты ($HNO_2$) из её соли, нитрита натрия ($NaNO_2$), необходимо подействовать более сильной кислотой, например, соляной ($HCl$). В результате реакции обмена слабая и неустойчивая азотистая кислота вытесняется из соли. Реакцию следует проводить при охлаждении.
Ответ: $NaNO_2 + HCl \rightarrow HNO_2 + NaCl$

3) Для образования соли, нитрита аммония ($NH_4NO_2$), необходимо провести реакцию нейтрализации между азотистой кислотой ($HNO_2$) и основанием, в данном случае аммиаком ($NH_3$) или его водным раствором.
Ответ: $HNO_2 + NH_3 \rightarrow NH_4NO_2$

4) Нитрит аммония — термически неустойчивое соединение. При слабом нагревании его водного раствора он разлагается на молекулярный азот ($N_2$) и воду. Эта реакция является лабораторным способом получения азота.
Ответ: $NH_4NO_2 \xrightarrow{t} N_2\uparrow + 2H_2O$

2. Расставьте коэффициенты в схемах реакций с помощью метода электронного баланса.

$HNO_3$ + $HCl$ + $Au$ → $AuCl_3$ + $NO$ + _______

$KNO_3$ + $Al$ → $KAlO_2$ + $Al_2O_3$ + $N_2$

$KNO_3$ + $C$ + $S$ → $N_2$ + $CO_2$ + $K_2S$

а)

Решение

Исходная схема реакции: $HNO_3 + HCl + Au \rightarrow AuCl_3 + NO + ...$

Данная реакция описывает растворение золота в смеси концентрированных азотной и соляной кислот («царской водке»). В результате реакции, помимо указанных продуктов, образуется вода. Таким образом, полная схема реакции выглядит так:

$HNO_3 + HCl + Au \rightarrow AuCl_3 + NO + H_2O$

1. Определим степени окисления элементов, чтобы найти окислитель и восстановитель.

$H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + H^{+1}Cl^{-1} + Au^0 \rightarrow Au^{+3}Cl_3^{-1} + N^{+2}O^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

2. Составим полуреакции для элементов, изменивших степень окисления.

Золото является восстановителем, оно отдает электроны и окисляется:

$Au^0 - 3e^- \rightarrow Au^{+3}$

Азот в азотной кислоте является окислителем, он принимает электроны и восстанавливается:

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$

3. Составим электронный баланс, чтобы найти коэффициенты.

$Au^0 - 3e^- \rightarrow Au^{+3}$ | 1 | процесс окисления, Au – восстановитель
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 1 | процесс восстановления, $N^{+5}$ – окислитель

Количество отданных и принятых электронов совпадает (3), поэтому множители равны 1. Это означает, что на 1 атом Au приходится 1 молекула $HNO_3$.

4. Подставим найденные коэффициенты в уравнение:

$1HNO_3 + HCl + 1Au \rightarrow 1AuCl_3 + 1NO + H_2O$

5. Уравняем остальные атомы.

Справа в $AuCl_3$ находится 3 атома хлора, следовательно, слева перед $HCl$ нужно поставить коэффициент 3.

$HNO_3 + 3HCl + Au \rightarrow AuCl_3 + NO + H_2O$

Теперь посчитаем атомы водорода слева: 1 в $HNO_3$ и 3 в $3HCl$, всего 4. Чтобы уравнять водород, справа перед $H_2O$ нужно поставить коэффициент 2 ($2 \times 2 = 4$ атома H).

$HNO_3 + 3HCl + Au \rightarrow AuCl_3 + NO + 2H_2O$

6. Проверим баланс по кислороду. Слева в $HNO_3$ 3 атома кислорода. Справа 1 атом в $NO$ и 2 атома в $2H_2O$, всего $1+2=3$. Баланс соблюден.

Ответ: $HNO_3 + 3HCl + Au \rightarrow AuCl_3 + NO + 2H_2O$.

б)

Решение

1. Определим степени окисления элементов в реакции:

$K^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + Al^0 \rightarrow K^{+1}Al^{+3}O_2^{-2} + Al_2^{+3}O_3^{-2} + N_2^0$

2. Составим полуреакции для элементов, изменивших степень окисления.

Алюминий является восстановителем (окисляется):

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$

Азот в нитрате калия является окислителем (восстанавливается):

$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0$ (учитываем, что молекула азота двухатомная)

3. Составим электронный баланс.

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 10 | процесс окисления, Al – восстановитель
$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0$ | 3 | процесс восстановления, $N^{+5}$ – окислитель

Наименьшее общее кратное для чисел отданных (3) и принятых (10) электронов равно 30. Находим множители: $30/3=10$ для алюминия и $30/10=3$ для азота.

4. Подставим коэффициенты в уравнение. Перед алюминием ставим 10. Перед $N_2$ ставим 3. Так как в $KNO_3$ один атом азота, а в процессе восстановления участвуют $3 \times 2 = 6$ атомов азота, то перед $KNO_3$ ставим коэффициент 6.

$6KNO_3 + 10Al \rightarrow KAlO_2 + Al_2O_3 + 3N_2$

5. Уравняем остальные элементы.

Слева 6 атомов калия, значит, справа перед алюминатом калия $KAlO_2$ ставим коэффициент 6.

$6KNO_3 + 10Al \rightarrow 6KAlO_2 + Al_2O_3 + 3N_2$

Теперь уравняем алюминий. Слева 10 атомов. Справа 6 атомов в $6KAlO_2$. Оставшиеся $10-6=4$ атома должны быть в оксиде алюминия $Al_2O_3$. Следовательно, перед $Al_2O_3$ ставим коэффициент 2 ($2 \times 2 = 4$ атома Al).

$6KNO_3 + 10Al \rightarrow 6KAlO_2 + 2Al_2O_3 + 3N_2$

6. Проверим баланс по кислороду. Слева $6 \times 3 = 18$ атомов. Справа $6 \times 2$ (в $6KAlO_2$) $+ 2 \times 3$ (в $2Al_2O_3$) $= 12 + 6 = 18$ атомов. Баланс соблюден.

Ответ: $6KNO_3 + 10Al \rightarrow 6KAlO_2 + 2Al_2O_3 + 3N_2$.

в)

Решение

1. Определим степени окисления элементов в реакции:

$K^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + C^0 + S^0 \rightarrow N_2^0 + C^{+4}O_2^{-2} + K_2^{+1}S^{-2}$

2. В этой реакции один восстановитель и два элемента, принимающих электроны. Углерод окисляется, а азот и сера восстанавливаются.

Восстановитель (окисляется): $C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$

Окислитель (восстанавливается): $N^{+5} + 5e^- \rightarrow N^0$

Принимает электроны: $S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2}$

3. Составим электронный баланс. Общее число электронов, отданных восстановителем (углеродом), должно быть равно сумме электронов, принятых азотом и серой.

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | a | процесс окисления, C – восстановитель
$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0$ | b | процесс восстановления, $N^{+5}$ – окислитель
$S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2}$ | c | процесс восстановления

4. Запишем уравнение баланса электронов, где $a, b, c$ – множители для каждой полуреакции:

Число отданных электронов: $4a$.

Число принятых электронов: $10b + 2c$.

$4a = 10b + 2c$, что можно упростить до $2a = 5b + c$.

5. Используем баланс атомов калия для нахождения связи между коэффициентами. Калий слева находится в $KNO_3$, справа - в $K_2S$.

Количество молекул $KNO_3$ определяется количеством атомов азота, участвующих в реакции: $2b$. Значит, слева $2b$ атомов K.

Количество молекул $K_2S$ определяется количеством атомов серы: $c$. Значит, справа $2c$ атомов K.

Следовательно, $2b = 2c$, откуда $b = c$.

6. Подставим $c=b$ в уравнение электронного баланса:

$2a = 5b + b \rightarrow 2a = 6b \rightarrow a = 3b$.

7. Мы получили соотношение множителей: $a:b:c = 3b:b:b = 3:1:1$. Выберем наименьшие целые значения: $a=3, b=1, c=1$.

Теперь определим коэффициенты в уравнении реакции:

перед C и $CO_2$ (связано с $a$): 3

перед S и $K_2S$ (связано с $c$): 1

перед $N_2$ (связано с $b$): 1

перед $KNO_3$ (содержит $2b$ атомов N): 2

8. Запишем итоговое уравнение:

$2KNO_3 + 3C + S \rightarrow N_2 + 3CO_2 + K_2S$

9. Проверим баланс по кислороду. Слева в $2KNO_3$ имеется $2 \times 3 = 6$ атомов. Справа в $3CO_2$ имеется $3 \times 2 = 6$ атомов. Баланс соблюден.

Ответ: $2KNO_3 + 3C + S \rightarrow N_2 + 3CO_2 + K_2S$.

3. Запишите три уравнения реакций получения нитрата цинка.

1) ____________________________________________________________________

2) ____________________________________________________________________

3) ____________________________________________________________________

Решение

Для получения нитрата цинка ($Zn(NO_3)_2$) можно использовать различные типы химических реакций. Ниже приведены три примера уравнений.

1) Взаимодействие металла с кислотой-окислителем. При реакции цинка с концентрированной азотной кислотой образуется нитрат цинка, диоксид азота (газ бурого цвета) и вода. Это пример окислительно-восстановительной реакции.

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

2) Взаимодействие основного (в данном случае амфотерного) оксида с кислотой. Оксид цинка реагирует с азотной кислотой с образованием соли и воды. Это реакция нейтрализации.

Ответ: $ZnO + 2HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + H_2O$.

3) Реакция ионного обмена между двумя солями. При взаимодействии растворов сульфата цинка и нитрата бария образуется растворимый нитрат цинка и выпадает нерастворимый осадок сульфата бария, что позволяет реакции протекать.

Ответ: $ZnSO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + BaSO_4\downarrow$.

4. Для определения качественного состава неизвестной соли учащимся выдали белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, известное как пекарский порошок. Часть выданной соли смешали с твёрдой щёлочью и смесь нагрели. При этом выделился газ с резким запахом. Другую часть соли растворили в воде и к полученному раствору прилили раствор кислоты. Смесь «вскипела», так как в результате реакции выделился газ. Определите химическую формулу и название неизвестной соли. Составьте уравнения двух реакций, которые были проведены для распознавания.

Химическая формула и название неизвестной соли:

Аммония гидрокарбонат (аммония бикарбонат)

Формула: $NH_4HCO_3$

Уравнения реакций:

1. Взаимодействие с твёрдой щёлочью (например, гидроксидом натрия) при нагревании:

$NH_4HCO_3(s) + NaOH(s) \xrightarrow{t} NH_3(g) + H_2O(l) + NaHCO_3(s)$

2. Взаимодействие с раствором кислоты (например, соляной кислотой):

$NH_4HCO_3(aq) + HCl(aq) \rightarrow NH_4Cl(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$

Для определения состава неизвестной соли проанализируем результаты двух экспериментов, описанных в задаче.

1. Взаимодействие с твёрдой щёлочью при нагревании. При нагревании соли со щёлочью (сильным основанием) выделяется газ с резким запахом. Характерный резкий запах аммиака ($NH_3$) является признаком качественной реакции на ион аммония ($NH_4^+$). Следовательно, в состав соли входит катион аммония.

Уравнение реакции обнаружения иона аммония в общем виде:

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

2. Взаимодействие с кислотой. При добавлении кислоты к водному раствору соли наблюдается «вскипание», то есть бурное выделение газа. Это качественная реакция на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) или гидрокарбонат-ион ($HCO_3^-$). Выделяющийся газ — это углекислый газ ($CO_2$), который не имеет запаха.

Уравнение реакции обнаружения гидрокарбонат-иона в общем виде:

$HCO_3^- + H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

На основании этих двух тестов мы можем заключить, что неизвестная соль состоит из катиона аммония ($NH_4^+$) и гидрокарбонат-аниона ($HCO_3^-$). Упоминание, что вещество известно как «пекарский порошок», подтверждает этот вывод, так как гидрокарбонат аммония (также известный как углеаммонийная соль) используется в качестве разрыхлителя в пищевой промышленности.

Определите химическую формулу и название неизвестной соли.

Химическая формула соли — $NH_4HCO_3$.

Название соли — гидрокарбонат аммония (или бикарбонат аммония).

Ответ: Химическая формула неизвестной соли — $NH_4HCO_3$, название — гидрокарбонат аммония.

Составьте уравнения двух реакций, которые были проведены для распознавания.

1. Реакция с твёрдой щёлочью (например, с гидроксидом натрия $NaOH$) при нагревании:

$NH_4HCO_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + NH_3 \uparrow + 2H_2O$

2. Реакция с кислотой (например, с соляной кислотой $HCl$) в водном растворе:

$NH_4HCO_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: $NH_4HCO_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + NH_3 \uparrow + 2H_2O$
$NH_4HCO_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O + CO_2 \uparrow$