Номер 20, страница 77 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 8. Азот, фосфор и их соединения - номер 20, страница 77.

Условие.

20. Закончите схемы химических реакций, расставьте в них коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

а) $NO_2 + NaOH \rightarrow$

б) $CuO + NH_3 \rightarrow$

в) $N_2 + Ba \rightarrow$

г) $NO + O_2 \rightarrow$

д) $KNO_2 + KMnO_4 + HCl \rightarrow$

Решение.

Решение 2.

а) $NO_2 + NaOH \rightarrow$

Решение:

Это реакция диспропорционирования, в которой оксид азота(IV) реагирует со щелочью. Азот в степени окисления +4 одновременно и окисляется до +5, и восстанавливается до +3. Продуктами реакции являются нитрат натрия, нитрит натрия и вода.

Уравнение реакции в общем виде: $NO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$N^{+4}O_2 + NaOH \rightarrow NaN^{+5}O_3 + NaN^{+3}O_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ | 1 | процесс окисления
$N^{+4} + 1e^- \rightarrow N^{+3}$ | 1 | процесс восстановления

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед веществами, содержащими азот в степенях окисления +5 и +3, равны 1. Это означает, что на 1 молекулу $NaNO_3$ образуется 1 молекула $NaNO_2$. Суммарно в продуктах 2 атома азота, значит, в левой части уравнения перед $NO_2$ ставим коэффициент 2.

$2NO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов натрия (Na). Справа 1+1=2 атома, значит, слева перед $NaOH$ ставим коэффициент 2.

$2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$

Проверяем по водороду и кислороду. Слева: 2 H, 4+2=6 O. Справа: 2 H, 3+2+1=6 O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$.

б) $CuO + NH_3 \rightarrow$

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция, в которой оксид меди(II) ($CuO$) выступает в роли окислителя, а аммиак ($NH_3$) — в роли восстановителя. При нагревании медь восстанавливается до металлической, а азот в аммиаке окисляется до молекулярного азота $N_2$.

Уравнение реакции в общем виде: $CuO + NH_3 \rightarrow Cu + N_2 + H_2O$.

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$Cu^{+2}O + N^{-3}H_3 \rightarrow Cu^0 + N_2^0 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 3 | окислитель, процесс восстановления
$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 1 | восстановитель, процесс окисления

Наименьшее общее кратное (НОК) для чисел электронов 2 и 6 равно 6. Отсюда находим коэффициенты: для меди — 3, для азота — 1 (для $N_2$) и 2 (для $NH_3$).

Подставим коэффициенты в уравнение:

$3CuO + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов кислорода. Слева 3 атома, значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 3.

$3CuO + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$

Проверяем по водороду. Слева: 2*3=6 H. Справа: 3*2=6 H. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $3CuO + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$.

в) $N_2 + Ba \rightarrow$

Решение:

Это реакция соединения, в которой активный металл барий ($Ba$) реагирует с азотом ($N_2$) при нагревании с образованием нитрида бария ($Ba_3N_2$).

Определим степени окисления:

$N_2^0 + Ba^0 \rightarrow Ba_3^{+2}N_2^{-3}$

Составим электронный баланс:

$N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3}$ | 1 | окислитель, процесс восстановления
$Ba^0 - 2e^- \rightarrow Ba^{+2}$ | 3 | восстановитель, процесс окисления

НОК(6, 2) = 6. Коэффициент для азота — 1, для бария — 3.

Подставим коэффициенты в уравнение:

$N_2 + 3Ba \rightarrow Ba_3N_2$

Проверка: слева 2 N, 3 Ba; справа 2 N, 3 Ba. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $N_2 + 3Ba \xrightarrow{t} Ba_3N_2$.

г) $NO + O_2 \rightarrow$

Решение:

Это реакция соединения, в которой оксид азота(II) ($NO$) легко окисляется кислородом воздуха до оксида азота(IV) ($NO_2$).

Определим степени окисления:

$N^{+2}O + O_2^0 \rightarrow N^{+4}O_2^{-2}$

Составим электронный баланс:

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

НОК(4, 2) = 4. Коэффициент для кислорода ($O_2$) — 1, для азота — 2.

Подставим коэффициенты в уравнение:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Проверка: слева 2 N, 2+2=4 O; справа 2 N, 2*2=4 O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$.

д) $KNO_2 + KMnO_4 + HCl \rightarrow$

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция в кислой среде. Перманганат калия ($KMnO_4$) — сильный окислитель, нитрит калия ($KNO_2$) — восстановитель. В кислой среде ($HCl$) марганец восстанавливается до $Mn^{+2}$, а азот окисляется до $N^{+5}$.

Уравнение реакции в общем виде: $KNO_2 + KMnO_4 + HCl \rightarrow KNO_3 + MnCl_2 + KCl + H_2O$.

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$KN^{+3}O_2 + KMn^{+7}O_4 + HCl \rightarrow KN^{+5}O_3 + Mn^{+2}Cl_2 + KCl + H_2O$

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | окислитель, процесс восстановления
$N^{+3} - 2e^- \rightarrow N^{+5}$ | 5 | восстановитель, процесс окисления

НОК(5, 2) = 10. Коэффициент для марганца — 2, для азота — 5.

Подставим коэффициенты перед веществами с Mn и N:

$5KNO_2 + 2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5KNO_3 + 2MnCl_2 + KCl + H_2O$

Уравняем калий (K). Слева 5+2=7 атомов K. Справа 5 атомов в $KNO_3$, значит, перед $KCl$ нужен коэффициент 2.

$5KNO_2 + 2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5KNO_3 + 2MnCl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравняем хлор (Cl). Справа 2*2 (в $MnCl_2$) + 2*1 (в $KCl$) = 6 атомов Cl. Значит, перед $HCl$ слева ставим коэффициент 6.

$5KNO_2 + 2KMnO_4 + 6HCl \rightarrow 5KNO_3 + 2MnCl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравняем водород (H). Слева 6 атомов H. Чтобы получить 6 атомов H справа, ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

$5KNO_2 + 2KMnO_4 + 6HCl \rightarrow 5KNO_3 + 2MnCl_2 + 2KCl + 3H_2O$

Проверяем по кислороду (O). Слева: 5*2 + 2*4 = 10 + 8 = 18. Справа: 5*3 + 3*1 = 15 + 3 = 18. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $5KNO_2 + 2KMnO_4 + 6HCl \rightarrow 5KNO_3 + 2MnCl_2 + 2KCl + 3H_2O$.