Азот. Примеры решения задач с объяснениями.

После темы "Азот" мы пройдем несколько задач по этому уроку.

Две задачи легкие, третья- немного посложнее.

Но, я уверена, сегодня ты научишься решать несколько типов заданий по неорганической химии, которые пригодятся тебе как при сдаче ОГЭ, так и ЕГЭ по химии.

Начнем!

Задание 1:

Связь в молекуле азота обусловлена посредством общих электронных пар в каком количестве?

А. 1

Б. 2

В. 3

Г. 4

Решение:

В данном задании необходимо отметить, что между двумя атомами азота, которые образуют одну молекулу N₂, образуется тройная связь.

Эта связь очень прочная, и именно она обуславливает инертность азота при обычных условиях, то есть, он вступает в химические реакции только под воздействием высокой температуры и/или катализаторов.

На предыдущем уроке по химии, в которой мы прошли тему «Азот», ты уже знаешь, что в обычных условиях азот реагирует только с металлом литием (это нужно запомнить).

Исходя из объяснения, ответ В.

Задание 2:

В каком из перечисленных соединений степень окисления азота равна +3?

А. N₂O₃

Б. NH₃

В. HNO₃

Г. NH₄Cl

Решение:

Итак, ты знаешь, что у азота 8 степеней окисления; от -3 до +5, в каком же из указанных веществ она равна +3?

Рассмотрим первую формулу: N₂O_3, это оксид азота, также имеет название сесквиоксид азота, азотистый ангидрид (ангидрид- это солеобразующий оксид);

Как понять, какая степень окисления у элементов в незнакомых веществах- это на самом деле очень легко: если в веществе представлены только два элемента, как в нашем случае Азот и кислород, то ты видишь цифры стоящие после N – это 2, и O- это 3.

Эти цифры называются индексами, они показывают, сколько атомов того или иного элемента приняли участие в образовании данного вещества, естественно, в соответствии со степенями окисления.

Как ты наверняка знаешь, у кислорода почти всегда степень окисления равна -2 ,за счет того, что на внешнем электронном подуровне у него есть два не спаренных электрона, и он может принять максимум 2 электрона (отсюда и степень окисления -2 ) поэтому, кислород является сильнейшим окислителем, который уступает в этом только фтору.

Также, кислород имеет степень окисления -1 в соединениях «пероксиды» (перекиси), например, перекись водорода- H₂O_2.

Одна маленькая подсказка: когда в веществе, который состоит из двух элементов, стоят равные индексы, то степени окисления также равны.

В нашем оксиде N₂O₃ разные индексы, и зная, что у кислорода степень окисления равна -2, мы можем узнать степень окисления азота, она равна +3.

Теперь разберем как быстро справляться с такими заданиями: итак,

• смотрим на индексы- если они равны, то степени окисления тоже равны;
• если индексы не равны, то используем методику крест-накрест: та цифра, которая стоит после азота в N₂O₃ – это степень окисления кислорода, а цифра после кислорода указывает на степень окисления азота, вот так просто)

Теперь, когда мы знали принцип быстрого решения данного типа заданий, ты видишь, что после кислорода стоит цифра 3, значит, степень окисления азота равна +3.

Однако, может возникнуть вопрос, почему у азота здесь степень окисления не -3?

Дело в том, что любое сложное вещество, состоящее из двух и более элементов, образуется за счет положительных и отрицательных ионов, иными словами, образование химической связи обусловлено тем, что один элемент отдает свои электроны, а другой-забирает.

Тот элемент, который отдает свои электроны, называет восстановителем ( здесь- N);

Тот элемент, который принял электроны, называют окислителем (здесь- O).

В принципе, мы уже знаем ответ, это А, но нужно сделать все остальные формулы, чтобы дополнить свои знания.

Итак, рассмотрим вторую формулу из задания- это аммиак, NH₃.

У водорода всегда одна валентность 1, степень окисления +1 (за исключением гидридов- NaH, LiH, CaH₂- здесь она равна -1), по принципу крест-накрест узнаем, что у аммиака степень окисления равна -3.

Далее, формула азотной кислоты – HNO₃: в состав этого вещества входят три элемента- водород, азот, кислород, кажется, непросто понять степени окисления всех этих элементов.

Но, это не так сложно: учитывая, что за редким исключением, водород и кислород всегда равны +1 и -2 соответственно, может легко найти степень окисления азота в азотной кислоте:

H ⁺¹N ⁺⁵ O₃ ^-2 – как я нашла степень окисления азота +5?

В любом химическом соединении должно быть равное количество «+» и «-»;

• сколько минусов: умножаем степень окисления (всегда умножаем, не прибавляем!) на индекс,(-2) х 3, получается «-6»;
• далее считаем сколько плюсов: у водорода «+1», а должно быть «+6» (так как минусов тоже 6), поэтому ставим у азота степень окисления «+5», +1+5=+6, вот и все)

Ну и последняя формула это хлорид аммония NH₄Cl: у водорода степень окисления ты знаешь (+1), у хлора 5 степеней окисления (-1, +1,+3, +5, +7), в данном случае «-1» (хлор будем изучать на следующих уроках), теперь считаем:

N^-3 H₄ ⁺¹Cl ^-1- как я нашла степень окисления азота -3?

Учитывая, что должно быть равное число «+» и «-» в молекуле хлорида аммония, считаем:

• водород: (+1) х 4 =(+4) (степень окисления умножаем на индекс);
• хлор: (-1) х 1 = (-1);

Теперь у нас есть «+4», и «-1»,не сложно подсчитать, что у азота будет недостающее число в виде степени окисления (-3).

Мы закончили это задание)

Ответ получился А.

Задание 3:

Задача из ЕГЭ 2019 (ФИПИ)

Какой объем водорода теоретически необходим для синтеза 100 литров (н.у.) аммиака?

Решение:

Алгоритм решения задач по химии:

1) В данной задаче в первую очередь нужна химическая реакция:

3H₂ + N₂ = 2NH₃;

2) Здесь дано только одно известное- это объем аммиака- 100 литров при нормальных условиях (н.у- это постоянные условия, при которых объем любого газа равен 22,4 литра- изучи закон Авогадро); то есть, мы имеем уже два известных- это 100 литра и 22,4 литра – что с ними делать?

100 литров- это объем аммиака (V_газа), 22,4 литра- это объем газа при н.у. (V_M)- эти две величины составляют одну формулу для нахождения количества вещества (моль):

n= V_газа/V_M,

Подставим числовые значения из задачи в эту формулу, получим:

n= 100/22,4=4,46 моль

3) Нашли количество вещества аммиака, зачем: чтобы сопоставить это количество с водородом, который нам и нужно найти:

n (H₂) = n (NH₃) = 3:2, а количество вещества аммиака при этом равно 4,46 моль.

Узнать сколько молей водорода в этой задаче можно просто:

n (H₂) = 3х4,46/2, где

3- число молей водорода;

4,46- количество вещества аммиака;

2- число молей аммиака.

Иными словами, мы решаем пропорцию:

2 моль ― 4,46

3 моль ―х, х = 6,69 ≈ 6,7;

4) Осталось последнее действие- узнать объем водорода с учетом вычисления количества вещества аммиака:

V(H2) = 6,7 x 22,4 = 150,08 ≈ 150.

Вот и все, задача решена)

Ответ: 150 литров водорода.

На сегодня у меня все, уверена, урок был познавательным для тебя и ты многому научился)

Будут вопросы, пишите в комментариях.