Готовимся к олимпиадам, страница 144 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. Составьте уравнения химических реакций, позволяющих осуществить следующие превращения и выделить все указанные вещества в индивидуальном виде. Каждая стрелка может соответствовать как одной стадии, так и нескольким:

$$NH_3 \rightarrow NO \rightarrow HNO_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 \rightarrow NH_4Cl \rightarrow N_2.$$

В окислительно-восстановительных реакциях расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

Решение

1. $NH_3 \rightarrow NO$

Для получения оксида азота(II) из аммиака проводят каталитическое окисление аммиака кислородом. Реакция является окислительно-восстановительной (ОВР).

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t^{\circ}} 4NO + 6H_2O$

Составим электронный баланс:

$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2} \quad | \times 4$ (процесс окисления)

$O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad | \times 5$ (процесс восстановления)

Восстановитель: $NH_3$ (за счет атома азота в степени окисления -3).

Окислитель: $O_2$ (за счет атомов кислорода в степени окисления 0).

Ответ: $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t^{\circ}} 4NO + 6H_2O$.

2. $NO \rightarrow HNO_3$

Данное превращение осуществляется в две стадии. Обе реакции являются окислительно-восстановительными.

а) Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV) кислородом воздуха:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Электронный баланс для этой стадии:

$N^{+2} - 2e^- \rightarrow N^{+4} \quad | \times 2$ (процесс окисления)

$O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad | \times 1$ (процесс восстановления)

Восстановитель: $NO$ (за счет $N^{+2}$), окислитель: $O_2$.

б) Поглощение оксида азота(IV) водой в присутствии кислорода с образованием азотной кислоты:

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

Электронный баланс для этой стадии:

$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5} \quad | \times 4$ (процесс окисления)

$O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad | \times 1$ (процесс восстановления)

Восстановитель: $NO_2$ (за счет $N^{+4}$), окислитель: $O_2$.

Ответ: 1) $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$; 2) $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$.

3. $HNO_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Это превращение требует восстановления азота из степени окисления +5 до -3. Процесс можно осуществить в несколько стадий.

а) Восстановление разбавленной азотной кислоты активным металлом, например, цинком, до нитрата аммония. Это ОВР.

$4Zn + 10HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

Электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2} \quad | \times 4$ (процесс окисления)

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3} \quad | \times 1$ (процесс восстановления)

Восстановитель: $Zn$.

Окислитель: $HNO_3$ (за счет $N^{+5}$).

б) Выделение аммиака из соли аммония действием щелочи при нагревании:

$NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t^{\circ}} NaNO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$

в) Получение сульфата аммония реакцией нейтрализации аммиака серной кислотой:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Ответ: 1) $4Zn + 10HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$; 2) $NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t^{\circ}} NaNO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$; 3) $2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$.

4. $(NH_4)_2SO_4 \rightarrow NH_4Cl$

Для получения хлорида аммония из сульфата аммония можно использовать реакцию ионного обмена с растворимой солью хлорида, которая образует нерастворимый сульфат. Например, с хлоридом бария:

$(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NH_4Cl$

Эта реакция не является окислительно-восстановительной.

Ответ: $(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NH_4Cl$.

5. $NH_4Cl \rightarrow N_2$

Получение азота из хлорида аммония можно провести в две стадии, получив сначала нитрит аммония, который затем разлагается при нагревании.

а) Реакция обмена между хлоридом аммония и нитритом натрия:

$NH_4Cl + NaNO_2 \rightarrow NH_4NO_2 + NaCl$

б) Термическое разложение нитрита аммония. Реакция является внутримолекулярной ОВР.

$NH_4NO_2 \xrightarrow{t^{\circ}} N_2 + 2H_2O$

Электронный баланс: в ионе аммония $NH_4^+$ азот имеет степень окисления -3, а в нитрит-ионе $NO_2^-$ — +3.

$N^{-3} - 3e^- \rightarrow N^{0} \quad | \times 1$ (процесс окисления)

$N^{+3} + 3e^- \rightarrow N^{0} \quad | \times 1$ (процесс восстановления)

Восстановитель: $N^{-3}$ (в составе иона $NH_4^+$).

Окислитель: $N^{+3}$ (в составе иона $NO_2^-$).

Ответ: 1) $NH_4Cl + NaNO_2 \rightarrow NH_4NO_2 + NaCl$; 2) $NH_4NO_2 \xrightarrow{t^{\circ}} N_2 + 2H_2O$.