Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Cм. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10, 11, 16/2009

ЗАНЯТИЕ 32

10-й класс (первый год обучения)

Азот и его соединения

П л а н

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.

2. Краткая история открытия и происхождение названия.

3. Физические свойства.

4. Химические свойства.

5. Нахождение в природе.

6. Основные методы получения.

7. Важнейшие соединения азота (аммиак, соли аммония, оксиды и кислоты азота).

Азот N – элемент главной подгруппы V группы периодической системы. Это типичный неметалл с высокой электроотрицательностью (ЭО = 3,0). Электронная формула атома азота имеет вид 1s²2s²2p³, это р-элемент. Поскольку азот находится во втором периоде, для его атома невозможен переход в возбужденное состояние и распаривание электронов, поэтому азот никогда не проявляет валентность, равную пяти. Степени окисления лежат в широком диапазоне от –3 до +5, например:

В соединениях азот чаще всего входит в состав анионов, но образует также катион аммония:

Русское название азота произошло от греческого a – частица отрицания и zoos – живой – «нежизненный» и является исторически сложившимся, хотя и неверным. Название «азот» предложено А.Лавуазье, чтобы отразить основное свойство элемента – его непригодность для дыхания и жизни. Это название сохранилось в русском и французском языках. Латинское название азота nitrogenium переводится как «рождающий селитру».

Ф и з и ч е с к и е  с в о й с т в а

Молекула простого вещества азота – N₂. Это газ без цвета, вкуса и запаха, немного легче воздуха, плохо растворяется в воде, не поддерживает горения и дыхания. Конденсируется при –196 °С в бесцветную жидкость. Атомы в молекуле азота связаны очень прочной тройной ковалентной связью. Природный азот состоит из двух изотопов с массовыми числами 14 и 15.

Х и м и ч е с к и е  с в о й с т в а

При обычных условиях азот является химически инертным соединением за счет очень прочной связи, образованной тремя парами электронов. Большинство химических реакций с участием азота протекают при повышенной температуре, например:

Н₂ (+):

N₂ + 3Н₂ 2NH₃.

О₂ (+/–)*:

N₂ + О₂ 2NО.

Металлы (+):

6Li + N₂ = 2Li₃N,

2Al + N₂ 2AlN.

Неметаллы (+/–):

N₂ + 3F₂ 2NF₃,

N₂ + 2С (СN)₂,

N₂ + S реакция не идет.

Н₂О (–).

Основные оксиды (–).

Кислотные оксиды (–).

Основания (–).

Кислоты-неокислители (–).

Кислоты-окислители (–).

Соли (–).

В виде простого вещества азот является основной составной частью воздуха (78 % по объему). В связанном виде азот находится в п р и р о д е в виде нитратов (селитр), а также входит в состав аминокислот, белков и других органических и неорганических соединений.

В п р о м ы ш л е н н о с т и азот получают ректификацией жидкого воздуха (азот испаряется при более низкой температуре, чем кислород).

В л а б о р а т о р н ы х у с л о в и я х азот получают термическим разложением нитрита аммония:

NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O

или дихромата аммония:

(NH₄)₂Cr₂O₇ Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O.

Кроме того, азот в лаборатории можно получить при взаимодействии некоторых металлов с азотной кислотой:

5Mg + 12HNO₃ = 5Mg(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O,

а также некаталитическим окислением аммиака:

4NH₃ + 3O₂ 2N₂ + 6H₂O.

Очень чистый азот получают термическим разложением азидов (солей азотистоводородной кислоты) натрия или бария:

2NaN₃ 2Na + 3N₂.

В а ж н е й ш и е  с о е д и н е н и я а з о т а

А м м и а к NH₃ – бесцветный газ с резким характерным запахом, ядовит, хорошо растворим в воде. Раствор аммиака в воде называется аммиачной водой или нашатырным спиртом (не путайте с нашатырем NH₄Cl). В жидком состоянии молекулы аммиака связаны между собой водородными связями. Степень окисления азота в молекуле аммиака –3, валентность – III. В химическом отношении аммиак достаточно активен, склонен к реакциям присоединения, проявляет слабые осно'вные свойства, например:

NH₃ + Н₂О = NH₄OH,

NH₃ + НCl = NH₄Cl,

Аммиак также можно рассматривать как очень слабую кислоту, например:

2NH₃ (ж.) + 2Na = 2NaNH₂ + H₂.

В окислительно-восстановительных реакциях аммиак может проявлять только восстановительные свойства:

Благодаря наличию неподеленной электронной пары у атома азота аммиак является хорошим лигандом и легко образует комплексные соединения, например:

4NH₃ + CuSO₄ = [Cu(NH₃)₄]SO₄.

Для получения аммиака в промышленности используют синтез Габера–Боша:

N₂ + 3Н₂ 2NH₃.

К лабораторным методам получения аммиака относят:

• взаимодействие солей аммония с сильными основаниями:

NH₄Cl + KOH = KCl + NH₃ + H₂O,

• гидролиз нитридов:

Mg₃N₂ + 6Н₂O = 3Mg(OH)₂ + 2NH₃.

В природе аммиак выделяется при гниении веществ белковой природы.

Катион аммония образуется по донорно-акцепторному механизму. Степень окисления азота –3, валентность – IV:

Г и д р о к с и д  а м м о н и я является слабым летучим основанием:

OH^– + NH₄OH NH₃•H₂O.

Гидроксид аммония удобно использовать для осаждения амфотерных гидроксидов из растворов солей амфотерных металлов (щелочи в этом случае могут взаимодействовать с образующимся гидроксидом):

AlCl₃ + 3NH₄OH = Al(OH)₃ + 3NH₄Cl,

AlCl₃ + 4NaOH (изб.) = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl.

Все с о л и а м м о н и я хорошо растворимы в воде и проявляют общие свойства солей. К особым свойствам солей аммония относятся реакции их термического разложения, например:

(NH₄)₂CO₃ 2NH₃ + СО₂ + H₂O,

(NH₄)₂SO₄ NH₃ + NH₄HSО₄,

NH₄NO₃ N₂O + 2H₂O,

NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O.

Качественной реакцией на аммиак является взаимодействие его с парами концентрированной соляной кислоты с образованием белого дыма NH₄Cl:

NH₃ + HCl = NH₄Cl.

Качественной реакцией на катион аммония является взаимодействие с растворами щелочей при нагревании:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O.

О к с и д ы  а з о т а.

Известны следующие оксиды азота: несолеобразующие – N₂O, NO; солеобразующие – N₂O₃, NO₂ (N₂O₄), N₂O₅. Все они, кроме N₂O, ядовиты. Все оксиды азота термически неустойчивы и при нагревании разлагаются с выделением кислорода. NO и NO₂ являются одними из основных загрязнителей атмосферы.

О к с и д а  з о т а (I) N₂O – бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом, хорошо растворим в воде (без взаимодействия). В смеси с воздухом возбуждающе действует на нервную систему человека («веселящий газ»). Его также применяют в медицине в качестве анестезирующего средства. При высокой температуре разлагается:

2N₂O 2N₂ + O₂.

Этот оксид несолеобразующий, при обычных условиях проявляет малую реакционную способность. В зависимости от условий может проявлять слабые окислительные или восстановительные свойства (окислительные свойства выражены сильнее), например:

Получить оксид азота(I) можно термическим разложением нитрата аммония:

NH₄NO₃ N₂O + 2H₂O.

О к с и д а з о т а (II) NO – бесцветный газ без запаха, плохо растворим в воде. Несолеобразующий оксид. На воздухе легко окисляется:

2NO + O₂ = 2NO₂,

димеризуется при охлаждении:

2NO N₂O₂.

Получают монооксид азота следующими способами:

• при непосредственном взаимодействии азота и кислорода:

N₂ + O₂ 2NO;

• взаимодействием неактивных металлов с разбавленной азотной кислотой:

3Cu + 8HNO₃ (разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

• каталитическим окислением аммиака:

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O.

О к с и д а  з о т а (III) N₂O₃ – легкокипящая (3,5 °С) жидкость синего цвета, хорошо растворимая в воде (с образованием азотистой кислоты). Термически очень неустойчив, уже при 25 °С и нормальном давлении 90 % его молекулы распадаются:

N₂O₃ = NO + NO₂.

Проявляет свойства, характерные для кислотных оксидов, например:

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂,

N₂O₃ + 2KOH (разб.) = 2KNO₂ + H₂O,

2N₂O₃ + O₂ = 4NO₂.

О к с и д  а з о т а (IV) NO₂ – при комнатной температуре бурый газ (в промышленности получил название «лисий хвост») с характерным запахом; очень токсичен, его присутствие в атмосфере вызывает отек легких; с понижением температуры димеризуется и превращается в жидкий бесцветный димер (тетраоксид диазота). Хорошо растворим в воде. Смешанный оксид, которому условно отвечают две кислоты – азотная и азотистая:

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃.

Похожим образом протекают реакции со щелочами:

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O.

При взаимодействии NO₂ с водой в присутствии кислорода образуется только азотная кислота:

4NO₂ + 2H₂O + О₂ = 4HNO₃.

Диоксид азота является хорошим окислителем, например:

Получают диоксид азота следующими способами:

• окислением оксида азота(II):

2NO + O₂ = 2NO₂;

• взаимодействием неактивного (по положению в ряду напряжений) металла с концентрированной азотной кислотой:

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

• термическим разложением нитратов металлов средней активности:

2Pb(NO₃)₂ 2PbO + 4NO₂ + O₂.

О к с и д а з о т а (V) N₂O₅ – бесцветное кристаллическое вещество, при комнатной температуре разлагается, хорошо растворяется в воде с образованием азотной кислоты:

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃.

Термически неустойчивый оксид:

2N₂O₅ 4NO₂ + O₂.

Проявляет свойства кислотного оксида, является сильным окислителем, например:

3N₂O₅ + Al₂O₃ 2Al(NO₃)₃,

N₂O₅ + NaOH (разб.) = 2NaNO₃ + H₂O,

Получают этот оксид взаимодействием пентаоксида фосфора и азотной кислоты:

2HNO₃ + P₂O₅ = N₂O₅ + 2HPO₃

или окислением моно- и диоксида азота озоном:

2NO₂ + O₃ = N₂O₅ + O₂.

А з о т с о д е р ж а щ и е  к и с л о т ы.

А з о т и с т а я  к и с л о т а – HNO₂ – слабая, неустойчивая кислота, существующая при низких температурах только в разбавленных растворах, при нагревании разлагается:

2HNO₂ NO + NO₂ + H₂O.

Азотистая кислота проявляет все свойства, характерные для слабых кислот, например:

HNO₂ H⁺ + ,

2HNO₂ + Ca = Ca(NO₂)₂ + H₂,

2HNO₂ + CuO = Cu(NO₂)₂ + H₂O,

HNO₂ + NaOH = NaNO₂ + H₂O.

Азотистая кислота образует только один тип солей – нитриты. Нитриты в отличие от самой кислоты термически устойчивы, исключение составляет нитрит аммония:

NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O.

В небольших дозах нитриты безвредны (например, их используют при производстве колбасных изделий), однако в больших дозах они ядовиты.

В окислительно-восстановительных реакциях азотистая кислота и ее соли проявляют окислительно-восстановительную двойственность, например:

2HNO₂ + 2HI = I₂ + 2NO + 2H₂O,

HNO₂ + H₂O₂ = HNO₃ + H₂O,

2NaNO₂ + Na₂S + 2H₂SO₄ = 2Na₂SO₄ + S + 2NO + 2H₂O,

5KNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5KNO₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O.

А з о т н а я  к и с л о т а HNO₃ – бесцветная (при хранении желтеет) жидкость с резким запахом, гигроскопична. Безводная азотная кислота «дымит» на воздухе. С водой смешивается в любых соотношениях. Термически неустойчива, состав продуктов разложения зависит от температуры, например:

2HNO₃ N₂O₅ + H₂O (расплавление),

4HNO₃ 4NO₂ + О₂ + 2H₂O (t = 86 °C).

Составляя структурную формулу молекулы азотной кислоты, необходимо помнить, что одна из общих электронных пар азота и кислорода в равной степени распределена между двумя связями:

По кислотно-основным свойствам азотная кислота является одной из наиболее сильных кислот, в водных растворах полностью диссоциирует на ионы и проявляет многие свойства, характерные для кислот, например:

HNO₃ H⁺ + ,

2HNO₃ + ZnO = Zn(NO₃)₂ + H₂O,

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O,

2HNO₃ + Na₂CO₃ = 2NaNO₃ + H₂O + CO₂.

В то же время азотная кислота является одним из наиболее сильных окислителей. Продукты ее восстановления лежат в широком диапазоне и зависят от природы восстановителя, участвующего в реакции, и от концентрации кислоты. Окислительные свойства азотной кислоты очень сильно зависят от температуры и резко усиливаются при нагревании. Металлы в реакциях с азотной кислотой любой концентрации окисляются, как правило, до нитратов, а неметаллы – до своих высших гидроксидов.

Азотная кислота любой концентрации не реагирует с золотом, платиной, вольфрамом. Золото и платина растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в объемном соотношении 1:3:

Au + HNO₃ (конц.) + 4HCl (конц.) = H[AuCl₄] + NO + 2H₂O.

Концентрированная HNO₃ при взаимодействии с наиболее активными металлами (до алюминия) восстанавливается до N₂O, например:

4Mg + 10HNO₃ (конц.) = 4Mg(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O.

Концентрированная HNO₃ при взаимодействии с менее активными металлами и с неметаллами восстанавливается до NO_2, например:

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O,

C + 4HNO₃ (конц.) = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.

Концентрированная HNO₃ пассивирует алюминий, хром и железо, однако при очень сильном нагревании реакции с этими металлами возможны.

Разбавленная HNO₃ с активными металлами, а также с железом и цинком образует NH₃ (очень разбавленная – NH₄NO₃), например:

4Mg + 9HNO₃ (разб.) = 4Mg(NO₃)₂ + NH₃ + 3H₂O,

4Mg + 10HNO₃ (оч. разб.) = 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Разбавленная HNO₃ c менее активными металлами и с неметаллами восстанавливается до NO, например:

3Cu + 8HNO₃ (разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O,

3C + 4HNO₃ (разб.) = 3CO₂+ 4NO + 2H₂O.

Способы получения азотной кислоты:

• вытеснение из солей с помощью концентрированной серной кислоты:

KNO₃ (тв.) + H₂SO₄ (конц.) = KHSO₄ + HNO₃;

• дуговой способ – продувание воздуха через электрическую дугу и дальнейшее превращение NO в азотную кислоту:

N₂ + O₂ 2NO,

2NO + O₂ = 2NO₂,

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃;

• аммиачный способ:

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O,

2NO + O₂ = 2NO₂,

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃.

Соли азотной кислоты – нитраты, или селитры, – хорошо растворимы в воде, проявляют все свойства, характерные для солей. Как и азотная кислота, нитраты являются сильными окислителями (в кислой среде окислительная способность нитратов сопоставима с разбавленной азотной кислотой), например:

При нагревании нитраты разлагаются, причем продукты разложения зависят от активности металла, входящего в состав нитрата.

Нитраты щелочных металлов (кроме лития) разлагаются с образованием нитрита и кислорода, например:

2NaNO₃ 2NaNO₂ + O₂.

Нитраты лития и большинства металлов (от щелочно-земельных до меди включительно) разлагаются при нагревании с образованием оксида металла, диоксида азота и кислорода, например:

4LiNO₃ 2Li₂O + 4NO₂ + O₂,

2Cu(NO₃)₂ 2CuO + 4NO₂ + O₂.

Нитраты неактивных металлов (после меди) разлагаются с образованием металла, диоксида азота и кислорода, например:

Hg(NO₃)₂ Hg + 2NO₂ + O₂ (выше 100 °С).

Нитрат аммония разлагается с образованием оксида азота(I) и воды:

NH₄NO₃ N₂O + 2H₂O.

Тест по теме «Азот и его соединения»

1. В молекуле азота атомы связаны…

а) двумя - и одной -связью;

б) двумя - и одной -связью;

в) двумя - и одной водородной связью;

г) ковалентными связями по донорно-акцепторному механизму.

2. В лаборатории азот можно получить прокаливанием:

а) нитрата аммония; б) нитрита аммония;

в) дихромата аммония; г) сульфата аммония.

3. Какое количество азота можно получить из 1м³ воздуха?

а) 22,4 моль;

б) 1000 моль;

в) 34,86 моль;

г) азот нельзя получить из воздуха.

4. Валентность азота численно равна его степени окисления в молекуле:

а) азота; б) азотной кислоты;

в) аммиака; г) оксида азота(II).

5. При взаимодействии некоторого металла массой 2,64 г с азотом образовался нитрид металла массой 2,92 г. Неизвестный металл – это:

а) алюминий; б) литий;

в) стронций; г) натрий.

6. Валентность и степень окисления азота в ионе аммония соответственно равны:

а) IV и +3; б) IV и –3;

в) III и +3; г) III и –3.

7. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с медью получают:

а) водород;

б) оксид азота(II);

в) оксид азота(IV);

г) медь не реагирует с азотной кислотой.

8. Какие металлы не реагируют с концентрированной азотной кислотой на холоде?

а) алюминий; б) золото;

в) платина; г) серебро.

9. Какой объем диоксида азота (в л) выделится при взаимодействии азотной кислоты, полученной аммиачным способом из 112 л аммиака (н.у.) с медью?

а) 112; б) 28; в) 224; г) 56.

10. Сумма коэффициентов в реакции термолиза нитрата свинца равна:

а) 8; б) 4; в) 9; г) 7.

Ключ к тесту

 

Задачи и упражнения на азот и его соединения

Ц е п о ч к и  п р е в р а щ е н и й

1. Диоксид азота —> А —> В —> С —> D —> В —> монооксид азота. Все вещества содержат азот, в схеме пять окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

2. Аммиак —> оксид азота(II) —> оксид азота(IV) —> азотная кислота —> диоксид азота —> нитрат натрия —> сульфат натрия.

3. Нитрит аммония —> азот —> нитрид магния —> аммиак —> азот —> монооксид азота —> диоксид азота —> нитрат калия —> азотная кислота.

4. Нитрид кальция —> А —> В —> С —> D —> азотная кислота. Все вещества содержат азот, все превращения (кроме первого) – ОВР.

 

1. Смесь, содержащую 13,2 г сульфата аммония и 17 г нитрата натрия, прокалили до постоянной массы. Определите состав и массу соединения, оставшегося после прокаливания.

Ответ. 14,2 г Na₂SO₄.

2. На смесь, содержащую цинк и оксид цинка, подействовали очень разбавленной азотной кислотой, полученный раствор выпарили и сухой остаток прокалили при температуре 210 °С. При этом выделилось 2,24 л газа (н.у.) и осталось 113,4 г сухого вещества. Определите состав исходной смеси.

Решение

Исходная смесь реагирует по следующим схемам:

Прокаливание сухого остатка:

Следовательно, сухое вещество – Zn(NO₃)₂;

(Zn(NO₃)₂) = 113,4/189 = 0,6 моль.

Газ – N₂O; (N₂O) = 2,24/22,4 = 0,1 моль.

(NH₄NO₃) = n(N₂O) = 0,1 моль, следовательно

(Zn) = 4(NH₄NO₃) = 0,4 моль.

₁(Zn(NO₃)₂) = 0,4 моль,

тогда ₂(Zn(NO₃)₂) = 0,6 – 0,4 = 0,2 моль.

(ZnO) = ₂(Zn(NO₃)₂) = 0,2 моль.

Находим массы исходных веществ:

m(Zn) = (Zn)•M(Zn) = 0,4•65 = 26 г;

m(ZnO) = (ZnO)•M(ZnO) = 0,2•81 = 16,2 г.

Ответ. 26 г Zn; 16,2 г ZnO.

3. Какой объем раствора азотной кислоты с массовой долей 55 % и плотностью 1,34 г/см³ можно получить из 1 м³ аммиака, если выход при каталитическом окислении аммиака составляет 98 %, а выход кислоты в поглотительных колоннах – 94 %?

Ответ. 3515 мл р-ра HNO₃.

4. Смешали 92,2 мл 20%-го раствора аммиака (плотность раствора – 0,92 г/мл) и 56,6 мл 40%-го раствора серной кислоты (плотность – 1,3 г/мл). Определите концентрации веществ в полученном растворе.

Ответ. 4,3 % NH₃; 25 % (NH₄)₂SO₄.

5. При обработке 50 г смеси порошков серебра, алюминия и оксида магния избытком концентрированной азотной кислоты образовалось 4,48 л (н.у.) газа. При взаимодействии такой же массы исходной смеси с избытком гидроксида бария выделилось 6,72 л (н.у.) газа. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Ответ. 43,2 % Ag; 10,8 % Al; 46 % MgO.

6. 3 г сплава меди с серебром растворили в концентрированной азотной кислоте. Раствор выпарили досуха. Сухой остаток растворили в воде и к раствору добавили избыток хлорида натрия. Выпавший осадок отделили от раствора, высушили и взвесили. Масса осадка составила 1,435 г. Определите массовые доли металлов в сплаве.

Ответ. 64 % Cu; 36 % Ag.

 

1. Известно, что 40 мл раствора, содержащего нитрат меди(II) и серную кислоту, может прореагировать с 25,4 мл 16%-го раствора гидроксида натрия (плотность раствора – 1,18 г/мл), а прокаливание выпавшего при этом осадка дает 1,6 г твердого вещества. Вычислите молярные концентрации нитрата меди(II) и серной кислоты в исходном растворе, а также объем газа (н.у.), который выделяется при внесении 2,5 г порошкообразной меди в 40 мл этого раствора.

Решение

(CuO) = 1,6/80 = 0,02 моль, следовательно (Cu(OH)₂) = (CuO) = 0,02 моль;

₁(NaOH) = 2(Cu(OH)₂) = 0,04 моль (в реакции 1);

Всего взято NaOH:

(NaOH) = (25,4•1,18•0,16)/40 = 0,12 моль, тогда

₂(NaOH) = 0,12 – 0,04 = 0,08 моль (в реакции 2).

(Cu(NO₃)₂) = 0,5₁(NaOH) = 0,02 моль,

с(Cu(NO₃)₂) = /V = 0,02/0,04 = 0,5 моль/л.

(H₂SO₄) = 0,5₂(NaOH) = 0,04 моль,

с(H₂SO₄) = /V = 0,04/0,04 = 1 моль/л.

Cu может реагировать только с Cu(NO₃)₂, поскольку раствор H₂SO₄ – разбавленный; кислые растворы нитратов ведут себя так же, как разбавленная HNO₃.

(Cu) = 2,5/64 = 0,039 моль;

(H⁺) = 2n(H₂SO₄) = 0,08 моль,

= 2(Cu(NO₃)₂) = 0,04 моль.

Составим пропорцию:

Следовательно, H⁺ в недостатке.

(NO) = 2/8 (Н⁺) = 0,02 моль,

откуда V(NO) = 0,448 л.

Ответ. с(Cu(NO₃)₂) = 0,5M;

с(H₂SO₄) = 1M; V(NO) = 0,448 л.

2. При прокаливании смеси нитрата натрия с нитратом неизвестного металла (степень окисления +3, в ряду напряжений находится между магнием и медью) образовалось 27,3 г твердого остатка и выделилось 34,72 л (н.у.) смеси газов. После пропускания газов через раствор гидроксида натрия образовались две соли, а объем газов сократился до 7,84 л. Определите неизвестный металл.

Ответ. Алюминий.

3. В процессе синтеза аммиака давление в реакторе упало на 10 %. Определите состав полученной после реакции газовой смеси (в об. %), если в исходной смеси содержание азота и водорода отвечало стехиометрическому соотношению.

Ответ. 22,2 % N₂; 66,7 % Н₂; 11,1 % NH₃.

4. Смесь нитратов калия и серебра прокалили. При обработке твердого остатка водой объемом 124,2 мл часть его растворилась и был получен 10%-й раствор с плотностью 1,2 г/мл. Масса нерастворившегося в воде остатка составила 7,2 г. Рассчитайте суммарный объем газов (н.у.), образовавшихся при прокаливании исходной смеси.

Ответ. V = 4 л.

5. Определите массу нитрида магния, полностью подвергшегося разложению водой, если для полного солеобразования с продуктами гидролиза потребовалось 150 мл 4%-го раствора соляной кислоты плотностью 1,02 г/мл.

Ответ. m(Mg₃N₂) = 2 г.

К а ч е с т в е н н ы е  з а д а ч и

1. При растворении в кислоте Х металлической меди могут образоваться газы А или В. Газ А на воздухе переходит в газ В, а последний, в свою очередь, при взаимодействии с сернистым газом переходит в газ А. Определите указанные вещества, напишите уравнения реакций. Рассчитайте, какие объемы 40%-го раствора (плотность – 1,25 г/мл) и 60%-го раствора (плотность – 1,375 г/мл) кислоты Х потребуются для растворения 6,4 г меди.

Ответ. Х – HNO₃, А – NO, В – NO₂;
V₁(р-ра HNO₃) = 33,6 мл;
V₂(р-ра HNO₃) = 30,5 мл.

2. В двух сосудах находятся газы А и В. Оба бесцветны, имеют неприятный запах. Их общая масса 17 г. Горение газа А сопровождается образованием воды (13,5 г) и газа С без цвета и запаха. Горение газа В сопровождается образованием воды и газа D, способного обесцветить 40 г брома. При пропускании газа В через раствор нитрата свинца образуется 60 г черного осадка. Масса 11,2 л смеси газов С и D равна 23 г. Идентифицируйте вещества, проведите необходимые расчеты, напишите уравнения реакций.

Ответ. А – NH₃, B – H₂S, С – N₂, D – SO₂.

3. Предложите химический способ разделения смеси, состоящей из кислорода и аммиака (газы необходимо выделить в чистом виде). Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

Ответ. 1) Смесь поджечь:

4NH₃ + 3O₂ 2N₂ + 6H₂O,

O₂ … ;

2) N₂ и О₂ разделить ректификацией;

3) N₂ + 3H₂ 2NH₃.

4. В трех пробирках без этикеток находятся концентрированные растворы кислот – серной, азотной, соляной. Как с помощью одного реактива определить содержимое каждой пробирки?

Ответ. К содержимому каждой
пробирки прибавить Cu.

5. При сгорании в присутствии кислорода бесцветного газа А, обладающего резким характерным запахом, образуется газ В без цвета и запаха. Газ В реагирует при комнатной температуре с литием с образованием твердого вещества С. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. А – NH₃, B – N₂, C – Li₃N;

4NH₃ + 3O₂ 2N₂ + 6H₂O;

N₂ + 6Li = 2Li₃N.

6. Бесцветный газ А с резким характерным запахом, легче воздуха, реагирует с сильной кислотой В, при этом образуется соль С, водный раствор которой не образует осадков ни с хлоридом бария, ни с нитратом серебра. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. А – NH₃, B – HNO₃, C – NH₄NO₃.

7. В атмосфере бурого газа А сгорает простое вещество В. При этом образуются два газообразных вещества – сложное С и простое D, которые входят в состав воздуха. Вещество D при нагревании вступает в реакцию с магнием. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. А – NO₂, B – C, C – CO₂, D – N₂;

2NO₂ + 2C 2CO₂ + N₂;

3Mg + N₂ Mg₃N₂.

---

* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.

Продолжение следует