Примеры выполнения заданий. Пример 1. Почему атом азота в соединениях не может иметь валентность 5?

Пример 1. Почему атом азота в соединениях не может иметь валентность 5?

Решение

Электронная формула атома азота 1s²2s²2p³. Так как это элемент второго периода, он не имеет вакантной d-орбитали, а валентные электроны атома располагаются на атомных орбиталях в соответствии с правилом Хунда так:

¯

¯

¯

2р³

¯­

2s²

Следовательно, атом может образовать только 4 ковалентные связи (3 – по обменному механизму, а 1 – по донорно-акцепторному).

Ответ. Электронное строение атома азота обусловливает образование 4 ковалентных связей.

Пример 2. Почему молекула азота двухатомна? Какие связи в молекуле азота, вычислите порядок связи.

Решение

Строение молекулы азота можно представить с помощью метода молекулярных орбиталей.

Схема строения молекулы азота

Можно видеть, что в молекуле 3 ковалентные связи. Порядок связи

N =(6-0): 2 = 3, из них одна - σ -связь, а две - p-связи.

Ответ. Строение атома азота предопределяет двухатомность его молекулы, N = 3, в молекуле азота одна - σ -связь, две - p-связи.

Пример 3. Напишите химические уравнения окислительно-восстановительных реакций. Укажите, в какой химической реакции соединение, содержащее атом азота, выполняет роль окислителя, восстановителя:

1. Ag + HNO₃ (конц.) ® NO₂ +?

2. NH₂OH + FeSO₄ + H₂SO₄ ® NH₄⁺ +?

3. N₂H₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® N₂ +?

Решение

Для составления окислительно-восстановительной реакции используется электронно-ионный метод.

1. NO₃^- + 2H⁺ + e^- = NO₂ + H₂O ½1

Ag – e^- = Ag⁺ ½1

______________________________________

Ионное уравнение:

NO₃^- + 2H⁺ + Ag = NO₂ + H₂O + Ag⁺

Молекулярное уравнение:

Ag + 2HNO₃ = AgNO₃ + NO₂ + H₂O

Следовательно, в этой окислительно-восстановительной реакции азотная кислота – окислитель.

2. NH₂OH + 3H⁺ + 2e^- = NH₄⁺ + H₂O ½1

Fe²⁺ - e^- = Fe³⁺ ½2

_________________________________________

Ионное уравнение

NH₂OH + 2Fe²⁺ + 3H⁺ = NH₄⁺ + H₂O + 2Fe³⁺

2NH₂OH + 4FeSO₄ + 3H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ + 2H₂O + 2Fe₂(SO₄)₃

Следовательно, в этой окислительно-восстановительной реакции гидроксиламин – окислитель.

3. MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O ½4

N₂H₄ – 4e^- = N₂ + 4OH⁺ ½5

______________________________________

Ионное уравнение:

5N₂H₄ + 4MnO₄^- + 12H⁺ = 5N₂ + 4Mn²⁺ + 16H₂O

Молекулярное уравнение:

5N₂H₄ + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ = 5N₂ + 4MnSO₄ + 16H₂O + 2K₂SO₄

Следовательно, в этой окислительно-восстановительной реакции гидразин – восстановитель.

Пример 4. Из азота объемом 67,2 л (н.у.) и водорода объемом 224 л (н.у.) получили аммиак, окислением которого получили азотную кислоту. Объем раствора азотной кислоты 400 мл (ω = 40%, r = 1,25 г/см³). Вычислите суммарный выход продукта реакций.

Дано

Найти

Формулы связи

V(N₂) =67,2л ω(вых)=? ν = V/Vm

V(H₂) =224л ω = m пр.100% /m теор

V(HNO₃)=400мл m(р-ра) = Vρ

ρ(HNO₃) =1,25г/см³ m = M ν

ω(HNO₃)=40% ω = m(в-ва)100% /m(р-ра)

Решение.

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

1моль 3моль 2моль

1. По условию:

n(N₂) = 67,2 / 22,4 = 3 моль

n(Н₂) = 224 / 22,4 = 10 моль (взят в избытке).

Следовательно, n(NH₃) = 6 моль.

2. Процесс получения азотной кислоты из аммиака протекает в несколько стадий:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (1)

2NO + O₂ = 2NO₂ (2)

4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃ (3)

В соответствии со стехиометрическими коэффициентами уравнений 1, 2, 3

n(HNO₃) = n(NH₃) = 6 моль

m(HNO₃) _теор. = 6 x 63 – 378 г.

3. Практическая масса раствора азотной кислоты:

m(р-ра) = 400 х 1.25 = 500 г

4. Практическая масса азотной кислоты:

m(HNO₃) _практ. = 500 х 0,4 = 200 г

5. Суммарный выход азотной кислоты:

ω(вых) = 200 / 378 х 100% = 52,9%

Ответ. ω(вых)= 52,9%

Пример 5. Рассчитайте рН раствора нитрата аммония концентрацией 2 моль/л.

Решение

Нитрат аммония хорошо растворим в воде, при растворении полностью диссоциирует на ионы NH₄⁺ и NO₃^-. Ион аммония – сильнополяризующий воду ион, нитрат–ион такой способностью не обладает. В результате гидролиз идет по катиону.

Ионное уравнение гидролиза:

NH₄⁺ + H₂O = NH₄OH + H⁺

Молекулярное уравнение гидролиза:

NH₄NO₃ + H₂O = NH₄OH + HNO₃

K_г = K_w/Kg _NH4OH = 10^-14/1,74 x 10^-5 = 5,75 x 10^-10

[H⁺] = Ö Kg x C = Ö 5,75 x 10^-10 x 2 = 3,39 x 10^-5 моль/л

рН = -lg[H⁺] = -lg 3,39 x 10^-5 = (5 – 0,2455) = 4, 7545

Ответ. рН = 4, 7545

Дата добавления: 2015-07-18