Номер 1082, страница 172 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1082. Составьте уравнение химической реакции между магнием и азотной кислотой, в которой не образуются газообразные продукты.

Решение

Реакция магния с азотной кислотой является окислительно-восстановительной. Продукты восстановления азотной кислоты зависят от активности металла и концентрации кислоты. Магний ($Mg$) — это химически активный металл, который стоит в ряду активности металлов до водорода. Азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем.

В условии задачи указано, что газообразные продукты не должны образовываться. Это означает, что продуктами восстановления азота не могут быть оксиды азота ($NO_2$, $NO$, $N_2O$) или молекулярный азот ($N_2$), так как все они являются газами при нормальных условиях.

Наиболее глубокое восстановление азота (со степени окисления +5) происходит при реакции с активными металлами и очень разбавленной азотной кислотой. В этом случае азот восстанавливается до степени окисления -3, образуя ион аммония $NH_4^+$, который в растворе существует в виде соли — нитрата аммония ($NH_4NO_3$). Нитрат аммония является твердым кристаллическим веществом, растворимым в воде, а не газом.

Таким образом, продуктами реакции будут нитрат магния ($Mg(NO_3)_2$), нитрат аммония ($NH_4NO_3$) и вода ($H_2O$).

Составим уравнение реакции, используя метод электронного баланса.

1. Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{0}{Mg} + H\overset{+5}{N}O_3 \rightarrow \overset{+2}{Mg}(NO_3)_2 + \overset{-3}{N}H_4NO_3 + H_2O$

2. Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 4 (процесс окисления, Mg - восстановитель)

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ | 1 (процесс восстановления, $HNO_3$ - окислитель)

3. Найдем наименьшее общее кратное для числа электронов (8) и расставим коэффициенты. Перед $Mg$ и $Mg(NO_3)_2$ ставим коэффициент 4. Перед $NH_4NO_3$ ставим коэффициент 1.

$4Mg + HNO_3 \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + 1NH_4NO_3 + H_2O$

4. Теперь уравняем количество атомов азота. Справа в $4Mg(NO_3)_2$ содержится $4 \times 2 = 8$ атомов азота, и в $NH_4NO_3$ — 2 атома азота. Итого справа $8 + 2 = 10$ атомов азота. Следовательно, перед $HNO_3$ слева нужно поставить коэффициент 10.

$4Mg + 10HNO_3 \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

5. Уравняем атомы водорода. Слева в $10HNO_3$ их 10. Справа в $NH_4NO_3$ их 4. Значит, в молекулах воды должно содержаться $10 - 4 = 6$ атомов водорода. Для этого ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

$4Mg + 10HNO_3 \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

6. Проверим баланс по кислороду. Слева: $10 \times 3 = 30$ атомов. Справа: $4 \times (3 \times 2) + 3 + 3 \times 1 = 24 + 3 + 3 = 30$ атомов. Баланс атомов соблюден, уравнение составлено верно.

Ответ: $4Mg + 10HNO_3 (\text{оч. разб.}) \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$