Солеобразующие оксиды азота. Задачи с объяснениями.

После темы "Солеобразующие оксиды" необходимо закрепить полученный материал путем решения задач из ЕГЭ ФИПИ.

NO₂ и N₂O₅ часто встречаются в сложных заданиях ЕГЭ, поэтому сегодня на уроке мы пройдем одно задание среднего уровня и тяжелое задание номер 32 из части 2 сборника по химии 2018 года.

Задача 1:

Установите соответствие между схемой реакции и формулой недостающего в ней вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Схема реакции :

А) P + HNO₃ (k) = H₃PO₄ + H₂O + …….

Б) Ca + HNO₃ (разб.) = Ca(NO₃)₂ + H₂O + …….

В) Cu+ 4HNO₃ (разб.) = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O.......

Формула вещества:

1) NO;

2) NO₂;

3) NH₄NO₃;

4) N₂O.

Решение:

В этом вопросе, который входит в сборник ФИПИ 2018 года (21-е задание) необходимо найти соответствующие оксиды азота для каждой химической реакции.

!Важно! Неметаллы реагируют с HNO₃ (конц.) с образованием NO₂, с HNO₃ (разб.) - с выделением NO.

Итак, решаем первое уравнение - при взаимодействии фосфора с концентрированной азотной кислотой выделяется NO₂,

P + 5HNO₃ (k) = H₃PO₄ + H₂O + 5NO₂,

то есть, А - 2.

Далее, во второй реакции участвуют кальций с разбавленной азотной кислотой, - ты ее уже знаешь, так как это лабораторный способ получения N₂O:

4Ca + 10HNO₃ = 4Ca(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O,

Значит, Б - 4.

Следующая реакция - медь с разбавленной азотной кислотой ( вспомни тему 'Несолеобразующие оксиды азота') - это лабораторный способ получения монооксида азота:

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

В - 1.

Ответ: А - 2; Б - 4; В - 1.

Задача 2:

Нитрат меди (II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекало с выделением бурого газа. Напишите уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Это задание входит в сборник ФИПИ части 2 и считается одним из наиболее сложных; здесь необходимо знать химические свойства большого количества химических элементов и уметь их использовать.

На самом деле, все не так сложно.

Начнем разбор: итак, делаем все по порядку: первая реакция представляет собой прокаливание нитрата меди (II) Cu(NO₃)₂ , иначе прокаливание это разложение сложного вещества под действием высокой температуры; в нашем случае разложение нитрата двухвалентной меди сопровождается получением оксида меди, оксида азота и кислорода (!Важно! Cu(NO₃)₂ -кристаллы голубого цвета):

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

Вторая реакция заключается в растворении твердого вещества разбавленной серной кислотой.

Разберем продукты первой реакции и найдем твердое вещество - кислород не может находится в твердом агрегатном состоянии, оксид азота (IV) как ты уже знаешь, это газ, остается только оксид меди, значит, он и будет взаимодействовать с разбавленной серной кислотой (!Важно! Медь не реагирует с разбавленной серной кислотой, только с концентрированной, а вот оксид меди - взаимодействует):

CuO + H₂SO₄ (разб.) = CuSO₄ + H₂O.

Это реакция относится к типу обмена, представляет собой одно их характерных химических свойств основных оксидов - взаимодействие с кислотами, с образованием соли и воды, (наверняка ты помнишь про схожую реакцию нейтрализации - основание + кислота = соль + вода).

И еще, важный аспект любых реакций в химии- всегда уравнивай элементы!

Если у тебя задание будет верным, и все написано правильно, однако, забудешь уравнять - все усилия будут сведены к 0 баллов.

Продолжим разбор задания - 'Раствор полученной соли подвергли электролизу.' - в этой реакции никак не обойтись без знаний процесса электролиза.

Напоминаю, - электролиз это окислительно - восстановительный процесс диссоциации электролита под действием постоянного электрического тока.

Принцип такой - электролит помещают в емкость, куда помещены два электрода - катод (отрицательно заряженный) и анод (положительно- заряженный), на которых происходят процессы ОВР в растворе или расплаве.

Запомни: на катоде - восстановление катионов (положительно заряженных частиц); на аноде - окисление анионов (отрицательно заряженных частиц); соответственно, металлы, у которых степень окисления '+' всегда будут двигаться к катоду, а элементы (неметаллы) с зарядом '-' к аноду.

Теперь вернемся к выполнению задания: соль, которую мы получили это сульфат меди; как узнать результат электролиза этого вещества?

Общий вид электролиза этой соли выглядит так:

CuSO₄ = Cu ²⁺ + SO₄^2-

HOH = H⁺ + OH^-.

Нужно запомнить, что металлы, стоящие в ряду активности после H всегда восстанавливаются на катоде (катионы металла), в нашем случае медь стоит после водорода, значит, она выделится в несвязанном (чистом) виде:

Cu ²⁺ + 2e = Cu⁰

Может возникнуть вопрос, откуда взялась медь со степенью окисления +2: в нашем задании сульфат меди подвергся электролизу, и как ты уже знаешь, металлы восстанавливаются полностью на катоде, иными словами, степень окисления будет уменьшаться, в сульфате у меди степень окисления равна +2, а после восстановления 0, что я и указала.

Следующим шагом будет анализ аниона сульфата SO₄^2-; учитывая, что это ион кислородсодержащей кислоты, то на аноде произойдет не его окисление, а воды:

2H₂O -4e = O₂ +4H⁺.

Для справки - мы берем два моль воды, чтобы выделился чистый кислород.

Теперь дело за малым - необходимо написать полное уравнение всех вышеуказанных процессов:

CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Откуда здесь взялась серная кислота?

Ответ: в результате электролиза водного раствора соли, образованной малоактивным металлом, стоящим после H и кислотным остатком кислородсодержащей кислоты образуется металл, кислород и в катодно - анодном пространстве соответствующая соли кислота, в данном случае серная.

Продолжаем 32-е задание, - 'Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекало с выделением бурого газа' - эта реакция тебе уже знакома из урока 'Солеобразующие оксиды азота': бурый газ, который выделяется при взаимодействии металла с концентрированной азотной кислотой- это NO₂.

На катоде выделилось только одно вещество -медь, значит, она и вступит в реакцию с азотной кислотой с образованием соли, бурого газа и воды:

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

Итоговый вид этого задания:

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂ ;

CuO + H₂SO₄ (разб.) = CuSO₄ + H₂O;

CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂;

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

Задание выполнено)

На сегодня все, будут вопросы, пиши)