Номер 858, страница 150 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

858. Наиболее токсичными компонентами выхлопных газов автомобилей являются оксиды азота, более 90 % от всех оксидов азота в их составе приходится на оксид азота(II) $NO$, который легко окисляется с образованием оксида азота(IV) $NO_2$. Последний, взаимодействуя с водой, образует азотную и азотистую кислоты, которые негативно воздействуют на слизистые оболочки, разрушают легкие человека. Считается, что для организма человека оксиды азота в десятки раз опаснее угарного газа. Составьте уравнения химических реакций образования азотной и азотистой кислот из азота. Какие частицы присутствуют в растворе азотной и азотистой кислот?

Решение

Составьте уравнения химических реакций образования азотной и азотистой кислот из азота.

Процесс получения азотной и азотистой кислот из атмосферного азота, описываемый в задаче, можно представить в виде последовательности трех химических реакций.

1. Первая стадия — это прямое взаимодействие азота и кислорода. Эта реакция происходит при очень высоких температурах (например, в двигателях автомобилей или во время грозы) и приводит к образованию оксида азота(II):

$N_2 + O_2 \xrightarrow{t°} 2NO$

2. Далее бесцветный оксид азота(II) на воздухе быстро окисляется до оксида азота(IV) — газа бурого цвета:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

3. Оксид азота(IV) является кислотным оксидом, который при взаимодействии с водой образует сразу две кислоты: сильную азотную кислоту ($HNO_3$) и слабую азотистую кислоту ($HNO_2$). Это реакция диспропорционирования, так как степень окисления азота (+4 в $NO_2$) одновременно повышается до +5 (в $HNO_3$) и понижается до +3 (в $HNO_2$):

$2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$

Ответ:

$N_2 + O_2 \rightarrow 2NO$

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

$2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$

Какие частицы присутствуют в растворе азотной и азотистой кислот?

Чтобы определить, какие частицы находятся в водном растворе этих двух кислот, необходимо рассмотреть их поведение при растворении в воде, а именно процесс электролитической диссоциации.

1. Азотная кислота ($HNO_3$) — это сильный электролит. В водном растворе она практически полностью распадается (диссоциирует) на ионы:

$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

Это означает, что молекул $HNO_3$ в растворе почти не остается, а присутствуют в основном ионы водорода ($H^+$) и нитрат-ионы ($NO_3^-$).

2. Азотистая кислота ($HNO_2$) — это слабый электролит. Она диссоциирует лишь в незначительной степени, и в растворе устанавливается химическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами:

$HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$

Следовательно, в растворе будет присутствовать значительное количество нераспавшихся молекул $HNO_2$ наряду с ионами водорода ($H^+$) и нитрит-ионами ($NO_2^-$).

3. Нельзя забывать и про сам растворитель — воду ($H_2O$). Вода является очень слабым электролитом и сама незначительно диссоциирует на ионы (этот процесс называют автопротолизом):

$H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$

Поэтому в любом водном растворе всегда есть молекулы воды $H_2O$, а также небольшое количество ионов $H^+$ и $OH^-$.

Таким образом, в смешанном растворе азотной и азотистой кислот будут находиться следующие частицы:

— Молекулы: $H_2O$ (растворитель) и $HNO_2$ (недиссоциированные молекулы слабой кислоты).

— Ионы: $H^+$ (от диссоциации обеих кислот и воды), $NO_3^-$ (от полной диссоциации сильной азотной кислоты), $NO_2^-$ (от частичной диссоциации слабой азотистой кислоты) и $OH^-$ (от диссоциации воды, в очень малой концентрации из-за кислой среды).

Ответ: В растворе азотной и азотистой кислот присутствуют молекулы $H_2O$ и $HNO_2$, а также ионы $H^+$, $NO_3^-$, $NO_2^-$ и $OH^-$.