Водород в реакции с азотом: Решение и объяснение

Вопрос:

Водород в реакции с азотом является

Варианты ответов:

1. и тем, и другим
2. ни тем, ни другим
3. восстановителем
4. окислителем

Ответ и объяснение:

Правильный ответ: восстановителем

Давайте разберем эту реакцию:

1. Реакция водорода с азотом (процесс Габера):

Водород реагирует с азотом при высоких температурах, высоком давлении и в присутствии катализатора, образуя аммиак (NH₃):

\[\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \xrightarrow{\text{t, p, кат.}} 2\text{NH}_3\]

2. Определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:

• В N₂: Азот находится в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна 0.
• В H₂: Водород находится в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна 0.
• В NH₃ (аммиак):
  • Водород в соединениях с неметаллами (азот – неметалл) обычно имеет степень окисления +1.
  • Чтобы молекула NH₃ была электронейтральной, сумма степеней окисления должна быть равна 0. Если у водорода +1, то у трех атомов водорода \(3 \cdot (+1) = +3\). Значит, у азота должна быть степень окисления -3.

3. Проанализируем изменение степеней окисления:

• Водород: Его степень окисления изменилась с 0 (в H₂) на +1 (в NH₃).

  \[\text{H}_2^0 \rightarrow 2\text{H}^{+1}\]

  Водород отдал электроны (повысил степень окисления), значит, он является восстановителем.
• Азот: Его степень окисления изменилась с 0 (в N₂) на -3 (в NH₃).

  \[\text{N}_2^0 \rightarrow 2\text{N}^{-3}\]

  Азот принял электроны (понизил степень окисления), значит, он является окислителем.

Вывод:

В реакции с азотом водород отдает электроны и повышает свою степень окисления с 0 до +1, поэтому он является восстановителем.