ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
5. Напишите уравнения реакций получения нитрида натрия, его взаимодействия с водой и соляной кислотой. Какая из этих трёх реакций относится к окислительно-восстановительным?
Решение:
1. Получение нитрида натрия:
\[ 2Na + N_2 \xrightarrow{t} 2NaN_3 \]
Эта реакция является окислительно-восстановительной, так как степень окисления натрия изменяется с 0 до +1, а азота с 0 до -1/3 (в азиде натрия).
2. Взаимодействие нитрида натрия с водой:
\[ NaN_3 + H_2O \rightarrow \text{реакция не идет или идет очень медленно с образованием гидразоидной кислоты и гидроксида натрия, но обычно считается, что азиды щелочных металлов стабильны в воде.} \]
Если имеется в виду нитрит натрия \(NaNO_2\), то он растворяется в воде, не вступая в химическую реакцию.
Если же имеется в виду азид натрия \(NaN_3\), то он растворяется в воде, но не вступает в реакцию гидролиза в обычном смысле. Однако, при определенных условиях, может происходить разложение.
Предположим, что в задаче опечатка и имелся в виду нитрит натрия \(NaNO_2\). Тогда:
\[ NaNO_2 + H_2O \rightarrow \text{растворение, без химической реакции} \]
Если же все-таки речь идет об азиде натрия \(NaN_3\), то он растворяется в воде, но не вступает в реакцию с водой в обычном смысле. Он является солью слабой кислоты \(HN_3\) (азотистоводородной кислоты) и сильного основания \(NaOH\), поэтому его водный раствор имеет щелочную реакцию из-за гидролиза аниона \(N_3^-\):
\[ N_3^- + H_2O \rightleftharpoons HN_3 + OH^- \]
Эта реакция не является окислительно-восстановительной.
3. Взаимодействие нитрида натрия с соляной кислотой:
\[ NaN_3 + HCl \rightarrow NaCl + HN_3 \]
Эта реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления элементов не изменяются.
Ответ:
1. Получение нитрида натрия: \[ 2Na + N_2 \xrightarrow{t} 2NaN_3 \]
2. Взаимодействие нитрида натрия с водой: \[ NaN_3 + H_2O \rightarrow \text{растворение, гидролиз аниона } N_3^- \]
3. Взаимодействие нитрида натрия с соляной кислотой: \[ NaN_3 + HCl \rightarrow NaCl + HN_3 \]
Окислительно-восстановительной является только первая реакция (получение нитрида натрия).
6. С какими из веществ реагирует аммиак: водород, азотная кислота, кислород, гидроксид натрия, вода, хлорид калия, оксид меди(II), железо, сульфат аммония. Напишите уравнения реакций.
Решение:
Аммиак (\(NH_3\)) – это газ с резким запахом, проявляет основные свойства и восстановительные свойства.
1. С водородом (\(H_2\)): Аммиак не реагирует с водородом, так как оба вещества являются стабильными и не вступают в реакцию друг с другом при обычных условиях.
2. С азотной кислотой (\(HNO_3\)): Аммиак как основание реагирует с кислотой с образованием соли.
\[ NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3 \]
3. С кислородом (\(O_2\)): Аммиак горит в кислороде, проявляя восстановительные свойства.
\[ 4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t} 2N_2 + 6H_2O \]
При каталитическом окислении:
\[ 4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t} 4NO + 6H_2O \]
4. С гидроксидом натрия (\(NaOH\)): Аммиак не реагирует с гидроксидом натрия, так как оба вещества являются основаниями.
5. С водой (\(H_2O\)): Аммиак растворяется в воде, образуя гидрат аммиака (аммиачную воду), который является слабым основанием.
\[ NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^- \]
6. С хлоридом калия (\(KCl\)): Аммиак не реагирует с хлоридом калия, так как это соль сильной кислоты и сильного основания, и аммиак не может вытеснить калий или хлор.
7. С оксидом меди(II) (\(CuO\)): Аммиак проявляет восстановительные свойства, восстанавливая медь из оксида.
\[ 2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} N_2 + 3Cu + 3H_2O \]
8. С железом (\(Fe\)): Аммиак не реагирует с железом при обычных условиях. При высоких температурах может происходить нитрирование железа, но это не типичная реакция.
9. С сульфатом аммония (\((NH_4)_2SO_4\)): Аммиак не реагирует с сульфатом аммония, так как это соль, содержащая аммоний-ион, который является продуктом реакции аммиака с кислотой. Аммиак не может вытеснить аммоний-ион из его соли.
Ответ:
Аммиак реагирует с:
1. Азотной кислотой: \[ NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3 \]
2. Кислородом: \[ 4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t} 2N_2 + 6H_2O \] (или \[ 4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t} 4NO + 6H_2O \])
3. Водой: \[ NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O \]
4. Оксидом меди(II): \[ 2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} N_2 + 3Cu + 3H_2O \]
7. В двух пробирках без подписи находятся растворы хлорида аммония и хлорида натрия. Какими способами их можно распознать?
Решение:
Для распознавания растворов хлорида аммония (\(NH_4Cl\)) и хлорида натрия (\(NaCl\)) можно использовать несколько способов, основанных на различии свойств катионов \(NH_4^+\) и \(Na^+\).
Способ 1: Нагревание с сильным основанием.
Добавим в каждую пробирку немного раствора сильного основания, например, гидроксида натрия (\(NaOH\)) или гидроксида калия (\(KOH\)), и осторожно нагреем.
В пробирке с хлоридом аммония произойдет реакция с выделением газа с характерным запахом аммиака:
\[ NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O \]
Запах аммиака можно обнаружить, поднеся к отверстию пробирки влажную лакмусовую бумажку (она посинеет) или просто по запаху.
В пробирке с хлоридом натрия никаких видимых изменений не произойдет.
Способ 2: Качественная реакция на ион аммония.
Можно использовать реактив Несслера, который дает характерное желто-бурое окрашивание или осадок с ионами аммония. Однако, для школьного уровня, способ с нагреванием и щелочью более распространен.
Способ 3: По изменению pH.
Раствор хлорида аммония (\(NH_4Cl\)) является солью сильной кислоты (\(HCl\)) и слабого основания (\(NH_3 \cdot H_2O\)). Поэтому в водном растворе происходит гидролиз по катиону, и раствор будет иметь слабокислую реакцию (pH < 7).
\[ NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+ \]
Раствор хлорида натрия (\(NaCl\)) является солью сильной кислоты (\(HCl\)) и сильного основания (\(NaOH\)). Поэтому в водном растворе гидролиз не происходит, и раствор будет иметь нейтральную реакцию (pH ≈ 7).
Для определения pH можно использовать универсальный индикатор или pH-метр. В пробирке с хлоридом аммония индикатор покажет кислую среду, а в пробирке с хлоридом натрия – нейтральную.
Ответ:
Для распознавания растворов хлорида аммония и хлорида натрия можно использовать следующие способы:
1. Добавить в каждую пробирку раствор сильного основания (например, \(NaOH\)) и нагреть. Из пробирки с хлоридом аммония будет выделяться газ с запахом аммиака (\(NH_3\)).
\[ NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O \]
2. Измерить pH растворов с помощью универсального индикатора. Раствор хлорида аммония будет иметь слабокислую реакцию (pH < 7), а раствор хлорида натрия – нейтральную (pH ≈ 7).
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
азот \(\rightarrow\) нитрид кальция \(\rightarrow\) аммиак \(\rightarrow\) гидросульфат аммония \(\rightarrow\) сульфат аммония \(\rightarrow\) хлорид аммония.
Решение:
1. Азот \(\rightarrow\) нитрид кальция:
Азот реагирует с активными металлами при нагревании, образуя нитриды.
\[ 3Ca + N_2 \xrightarrow{t} Ca_3N_2 \]
2. Нитрид кальция \(\rightarrow\) аммиак:
Нитриды металлов реагируют с водой или кислотами с образованием аммиака.
\[ Ca_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2NH_3 \uparrow \]
или
\[ Ca_3N_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2NH_3 \uparrow \]
3. Аммиак \(\rightarrow\) гидросульфат аммония:
Аммиак реагирует с серной кислотой. Если серная кислота в избытке, образуется гидросульфат аммония.
\[ NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow NH_4HSO_4 \]
4. Гидросульфат аммония \(\rightarrow\) сульфат аммония:
Гидросульфат аммония может быть превращен в сульфат аммония путем добавления еще одной молекулы аммиака.
\[ NH_4HSO_4 + NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 \]
Также можно добавить сильное основание, но это не прямое превращение.
5. Сульфат аммония \(\rightarrow\) хлорид аммония:
Для получения хлорида аммония из сульфата аммония можно использовать реакцию обмена с хлоридом бария или хлоридом кальция, так как сульфат бария/кальция выпадает в осадок.
\[ (NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow 2NH_4Cl + BaSO_4 \downarrow \]
Ответ:
1. Азот \(\rightarrow\) нитрид кальция:
\[ 3Ca + N_2 \xrightarrow{t} Ca_3N_2 \]
2. Нитрид кальция \(\rightarrow\) аммиак:
\[ Ca_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2NH_3 \uparrow \]
3. Аммиак \(\rightarrow\) гидросульфат аммония:
\[ NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow NH_4HSO_4 \]
4. Гидросульфат аммония \(\rightarrow\) сульфат аммония:
\[ NH_4HSO_4 + NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 \]
5. Сульфат аммония \(\rightarrow\) хлорид аммония:
\[ (NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow 2NH_4Cl + BaSO_4 \downarrow \]