Номер 507, страница 78 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

507. *При восстановлении азотной кислоты химическим количеством 0,025 моль атомы азота присоединили $6,02 \cdot 10^{22}$ электронов. Какое вещество может выделиться в данной реакции в качестве продукта восстановления азотной кислоты?

Дано:

Химическое количество азотной кислоты, $n(HNO_3) = 0,025 \text{ моль}$

Число присоединенных электронов, $N(e^-) = 6,02 \cdot 10^{22}$

Постоянная Авогадро, $N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Найти:

Продукт восстановления $HNO_3$ — ?

Решение:

1. Сначала определим химическое количество (число моль) электронов, которые присоединили атомы азота. Для этого воспользуемся формулой, связывающей число частиц с количеством вещества через постоянную Авогадро:

$n = \frac{N}{N_A}$

Подставим наши значения:

$n(e^-) = \frac{6,02 \cdot 10^{22}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 0,1 \text{ моль}$

2. Теперь мы знаем, что на восстановление 0,025 моль азотной кислоты потребовалось 0,1 моль электронов. Найдем, сколько моль электронов требуется для восстановления 1 моль азотной кислоты. Это покажет нам, сколько электронов принимает один атом азота.

Количество электронов на 1 моль $HNO_3 = \frac{n(e^-)}{n(HNO_3)} = \frac{0,1 \text{ моль}}{0,025 \text{ моль}} = 4$

Следовательно, каждый атом азота в процессе восстановления принимает 4 электрона.

3. Определим степень окисления азота в азотной кислоте ($HNO_3$). Учитывая, что степень окисления водорода (H) равна +1, а кислорода (O) равна -2, найдем степень окисления азота (N), обозначив ее за $x$:

$(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$

$1 + x - 6 = 0$

$x = +5$

Итак, исходная степень окисления азота $N^{+5}$.

4. В процессе восстановления атом азота $N^{+5}$ присоединяет 4 электрона ($4e^-$). Рассчитаем его новую степень окисления:

$N^{+5} + 4e^- \rightarrow N^{+1}$

Конечная степень окисления азота в продукте восстановления равна +1.

5. Теперь необходимо определить, какое из возможных соединений азота, являющихся продуктами восстановления азотной кислоты, содержит азот в степени окисления +1.

Рассмотрим основные продукты:

• $NO_2$ (оксид азота(IV)) - степень окисления N равна +4
• $NO$ (оксид азота(II)) - степень окисления N равна +2
• $N_2O$ (оксид азота(I)) - степень окисления N равна +1
• $N_2$ (азот) - степень окисления N равна 0
• $NH_4^+$ (ион аммония) - степень окисления N равна -3

Веществом, в котором азот имеет степень окисления +1, является оксид азота(I), или закись азота, с формулой $N_2O$.

Ответ: в данной реакции в качестве продукта восстановления азотной кислоты может выделиться оксид азота(I) ($N_2O$).