Номер 4, страница 268 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Составьте электронный баланс реакции взаимодействия алюминия с разбавленной азотной кислотой, уравнение которой приведено в тексте параграфа. Охарактеризуйте эту реакцию согласно плану, приведённому в § 18.

Составление электронного баланса реакции взаимодействия алюминия с разбавленной азотной кислотой

Взаимодействие активных металлов, таких как алюминий, с разбавленной азотной кислотой приводит к восстановлению азота до низких степеней окисления. Одним из основных продуктов при реакции с очень разбавленной кислотой является нитрат аммония ($NH_4NO_3$).

Схема реакции выглядит следующим образом:

$Al + HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + NH_4NO_3 + H_2O$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Al^0$ в простом веществе алюминий.

$N^{+5}$ в азотной кислоте $HNO_3$.

$Al^{+3}$ в нитрате алюминия $Al(NO_3)_3$.

$N^{-3}$ в катионе аммония $NH_4^+$ (в составе соли $NH_4NO_3$).

Составим полуреакции окисления и восстановления (электронный баланс):

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \quad | \cdot 8 \quad$ (окисление, $Al^0$ – восстановитель)

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3} \quad | \cdot 3 \quad$ (восстановление, $N^{+5}$ в $HNO_3$ – окислитель)

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (3 и 8) равно 24. Множители 8 и 3 являются коэффициентами для соответствующих веществ в уравнении. Расставим их:

$8Al + HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + H_2O$

Далее уравняем количество атомов азота. В правой части уравнения: $8 \cdot 3 = 24$ атома $N$ в нитрате алюминия и $3 \cdot 2 = 6$ атомов $N$ в нитрате аммония. Всего $24 + 6 = 30$ атомов азота. Следовательно, перед $HNO_3$ в левой части ставим коэффициент 30.

$8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + H_2O$

Теперь уравняем атомы водорода. Слева в $30HNO_3$ их 30. Справа в $3NH_4NO_3$ их $3 \cdot 4 = 12$. Для баланса необходимо добавить $30 - 12 = 18$ атомов водорода в правую часть, что соответствует 9 молекулам воды ($9H_2O$).

$8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + 9H_2O$

Проведем проверку по атомам кислорода. Слева: $30 \cdot 3 = 90$ атомов. Справа: $8 \cdot (3 \cdot 3) + 3 \cdot 3 + 9 \cdot 1 = 72 + 9 + 9 = 90$ атомов. Уравнение составлено верно.

Ответ: Электронный баланс:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \quad | \cdot 8$

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3} \quad | \cdot 3$

Алюминий ($Al^0$) является восстановителем, азотная кислота ($N^{+5}$) – окислителем.

Итоговое уравнение реакции:

$8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + 9H_2O$.

Характеристика этой реакции согласно плану, приведённому в § 18

Проведем характеристику реакции $8Al_{(тв)} + 30HNO_{3(раств)} \rightarrow 8Al(NO_3)_{3(раств)} + 3NH_4NO_{3(раств)} + 9H_2O_{(ж)}$ по стандартным классификационным признакам:

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции: реакция замещения, так как простое вещество (алюминий) реагирует со сложным (азотная кислота) с образованием новых сложных веществ.

По изменению степеней окисления химических элементов: реакция является окислительно-восстановительной, поскольку алюминий повышает свою степень окисления с 0 до +3, а азот понижает свою степень окисления с +5 до -3.

По тепловому эффекту: реакция является экзотермической, так как взаимодействие активных металлов с кислотами, как правило, протекает с выделением теплоты.

По агрегатному состоянию веществ (по фазовому составу): реакция является гетерогенной, так как в ней участвуют вещества в разных агрегатных состояниях (твердое вещество и раствор).

По направлению протекания: реакция является необратимой, так как она протекает практически до конца в одном направлении с образованием устойчивых продуктов (солей и воды).

По участию катализатора: реакция является некаталитической, поскольку для её протекания не требуется участие катализатора.

Ответ: Данная реакция является: окислительно-восстановительной, реакцией замещения, экзотермической, гетерогенной, необратимой, некаталитической.