Решение задач
Задание 1: ОВР на слайде «Получение азота»
На слайде представлена реакция разложения нитрита аммония:
\[\text{NH}_4\text{NO}_2 \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{H}_2\text{O}\]
Рассмотрим эту реакцию как окислительно-восстановительный процесс.
Шаг 1: Определяем степени окисления всех элементов в исходных веществах и продуктах реакции.
В соединении \(\text{NH}_4\text{NO}_2\):
- Водород (\(\text{H}\)) всегда имеет степень окисления +1.
- Кислород (\(\text{O}\)) всегда имеет степень окисления -2.
- В ионе аммония \(\text{NH}_4^+\): \(\text{N} + 4 \cdot (+1) = +1 \Rightarrow \text{N} = -3\).
- В нитрит-ионе \(\text{NO}_2^-\): \(\text{N} + 2 \cdot (-2) = -1 \Rightarrow \text{N} = +3\).
Таким образом, в \(\text{NH}_4\text{NO}_2\) есть два атома азота с разными степенями окисления: \(\text{N}^{-3}\) и \(\text{N}^{+3}\).
В продуктах реакции:
- В \(\text{N}_2\): \(\text{N}\) имеет степень окисления 0 (простое вещество).
- В \(\text{H}_2\text{O}\): \(\text{H}\) имеет степень окисления +1, \(\text{O}\) имеет степень окисления -2.
Шаг 2: Выписываем элементы, изменившие степень окисления, и составляем электронный баланс.
Азот из \(\text{N}^{-3}\) переходит в \(\text{N}^{0}\):
\[\text{N}^{-3} - 3\text{e}^- \rightarrow \text{N}^{0}\]
Это процесс окисления (отдача электронов).
Азот из \(\text{N}^{+3}\) переходит в \(\text{N}^{0}\):
\[\text{N}^{+3} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{N}^{0}\]
Это процесс восстановления (присоединение электронов).
Шаг 3: Определяем окислитель и восстановитель.
- Атом азота с степенью окисления -3 (\(\text{N}^{-3}\)) отдает электроны, то есть окисляется. Следовательно, он является восстановителем.
- Атом азота с степенью окисления +3 (\(\text{N}^{+3}\)) принимает электроны, то есть восстанавливается. Следовательно, он является окислителем.
В данной реакции один и тот же элемент (азот) является одновременно и окислителем, и восстановителем. Такие реакции называются реакциями самоокисления-самовосстановления или диспропорционирования (хотя чаще этот термин применяется, когда один и тот же элемент переходит в две разные степени окисления, здесь же он переходит в одну промежуточную). В данном случае, это внутримолекулярное окислительно-восстановительное взаимодействие.
Задание 2: Решите задачу: определите объем аммиака (н.у.), если 6 моль водорода реагирует с азотом.
Шаг 1: Записываем уравнение реакции синтеза аммиака.
Азот реагирует с водородом с образованием аммиака:
\[\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3\]
Шаг 2: Анализируем данные задачи.
Нам дано количество водорода: \(\text{n}(\text{H}_2) = 6\) моль.
Нам нужно найти объем аммиака (\(\text{V}(\text{NH}_3)\)) при нормальных условиях (н.у.).
Шаг 3: Используем стехиометрические соотношения из уравнения реакции.
Из уравнения реакции видно, что 3 моль водорода (\(\text{H}_2\)) реагируют с образованием 2 моль аммиака (\(\text{NH}_3\)).
Составим пропорцию для определения количества аммиака:
\[\frac{\text{n}(\text{H}_2)}{\text{n}(\text{NH}_3)} = \frac{3}{2}\]
Подставляем известное значение \(\text{n}(\text{H}_2)\):
\[\frac{6 \text{ моль}}{ \text{n}(\text{NH}_3)} = \frac{3}{2}\]
Выражаем \(\text{n}(\text{NH}_3)\):
\[\text{n}(\text{NH}_3) = \frac{6 \text{ моль} \cdot 2}{3} = \frac{12}{3} = 4 \text{ моль}\]
Таким образом, образуется 4 моль аммиака.
Шаг 4: Рассчитываем объем аммиака при нормальных условиях.
При нормальных условиях (н.у.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра (молярный объем, \(\text{V}_{\text{m}}\)).
Формула для расчета объема газа:
\[\text{V} = \text{n} \cdot \text{V}_{\text{m}}\]
Подставляем значения:
\[\text{V}(\text{NH}_3) = 4 \text{ моль} \cdot 22,4 \frac{\text{л}}{\text{моль}}\]
\[\text{V}(\text{NH}_3) = 89,6 \text{ л}\]
Ответ: Объем аммиака, который образуется при реакции 6 моль водорода с азотом, составляет 89,6 литра.