4.2. Соединения азота с кислородом и галогенами

586. Напишите названия веществ, определите степень окисления азота в каждом из них: N₂O, N₂O₃, HNO₂, NH₄NO₂, NH₄NO₃, N₂H₅HSO₄, NOCl, (NO)HSO₄, Na₃[Co(NO₂)₆], [Rh(NH₃)₅(NO₂)]SO₄, [Co(NH₃)₃(NO₂)₃].

587. Сколько оксидов образует азот? Какие из них относятся к солеобразующим, а какие – к «безразличным»? Напишите уравнения реакций солеобразующих оксидов с водой и гидроксидом калия.

588. Все оксиды азота взаимодействуют с раскаленной медью, образуя оксид меди (II) и азот. Какова формула оксида азота, если масса полученного оксида меди (II) составила 0,7105 г, а азота выделилось 200 мл (н.у.)?

589. Оксид азота (I) окисляет сернистую кислоту и сероводород, воспламеняет водород, аммиак и тлеющую лучину. Напишите уравнения соответствующих реакций. Почему N₂O называют веселящим газом? Какая масса нитрата аммония необходима для получения 20 л N₂O (н.у.), если выход реакции равен 75 %?

590. Опишите электронное строение молекул NO методами ВС и МО, объясните их большую прочность (627 кДж/моль), парамагнитные свойства и склонность к образованию димеров.

591. С позиций химической термодинамики объясните: 1) почему ни один из оксидов азота нельзя получить из азота и кислорода при стандартных условиях; 2) какой из оксидов и почему может быть получен из N₂ и O₂ при нагревании; 3) при какой температуре возможно получение этого оксида?

592. Вычислите энергию Гиббса и константу равновесия реакции синтеза оксида азота (II) из простых веществ при 2000 К; вычислите концентрацию получающегося при этой температуре NO, если исходные концентрации азота и кислорода одинаковы и равны 1 моль/л.

593. Изучается возможность получения NO из азота и кислорода в плазмохимических реакторах при 3000–6000 К. Почему а этом случае выход NO увеличивается при быстром охлаждении выходящей из плазмотрона газовой смеси? Можно ли подобрать катализатор, в присутствии которого происходило бы образование оксида азота (II) из N₂ и O₂ при низких температурах?

594. Оксид азота (II) получают в производстве азотной кислоты окислением аммиака; при этом возможно не только образование NO (реакция 1), но и потеря связанного азота (реакция 2):

1) 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O(г) 2) 4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O(г)

Термодинамическими расчетами установите, какая из реакций более вероятна. Каким образом в промышленности обеспечивается преимущественное протекание первого процесса?

595. Оксид азота (II) получают в промышленности по реакции:

4NH₃(г) + 5O₂(г) = 4NO(г) + 6H₂O(г); DHº= –905,2 кДж

Исходя из энтальпии реакции и энтальпий образования аммиака (-46,2 кДж/моль) и газообразной воды (-241,8 кДж/моль), вычислите энтальпию образования оксида азота (II) и сравните со справочным значением.

596. В лабораториях оксид азота (II) получают действием азотной кислоты на медь. Какая масса меди взаимодействовала с 30%-й HNO₃, если объем выделявшегося NO составил 20 л при выходе реакции 80 %?

597. Какие объемы 20%-го КI (ρ = 1,166) и 30%-го KNO₂ (ρ = 1,203) необходимо смешать в сернокислом растворе, чтобы при взаимодействии этих веществ выделилось 22,4 л (н.у.) оксида азота (II)?

598. Оксид азота (II) взаимодействует как окислитель с H₂S и SO₂, как восстановитель – с O₂, F₂, Cl₂ и Br₂, а под высоким давлением при небольшом нагревании он диспропорционирует. Напишите уравнения соответствующих реакций.

599. Взаимодействие оксида азота (II) с галогенами – простая тримолекулярная реакция. Напишите стехиометрическое и кинетическое уравнения взаимодействия NO с хлором и определите, как изменяется скорость этой реакции при увеличении концентрации в пять раз: а) только NO; б) только хлора; в) NO и хлора одновременно.

600. Считают, что при взаимодействии гидросульфата нитрозила с водой образуется N₂O₃, но в действительности получается стехиометрическая смесь из двух газов. Объясните: 1) состав этой смеси; 2) что происходит при взаимодействии этой смеси с водой при 0 ^оС; 3) какие продукты образуются при взаимодействии этой смеси с KOH, Na₂CO₃ и Ca(OH)₂?

601. Оксид азота (IV) образуется из оксида (II) по обратимой реакции:

2NO + O₂ D 2NO₂

Вычислите все термодинамические характеристики (DHº, DSº, DGº) этой реакции при стандартных условиях и температуру, при которой константа равновесия равна единице. Объясните, почему скорость этой реакции с повышением температуры уменьшается.

602. Опишите, как образуется химическая связь в молекулах оксида азота (IV) и её геометрическое строение. Объясните причину ее полярности, парамагнетизма и склонности к димеризации.

603. Димеризация NO₂ – обратимый процесс (2NO₂ D N₂O₄). Как влияет на направление протекания этого процесса повышение и понижение температуры и давления? Вычислите температуру, при которой энергия Гиббса равна нулю, а константа равновесия – единице.

604. Реакция димеризации NO₂ в химической кинетике рассматривается как простая бимолекулярная реакция второго порядка. Напишите её химическое и кинетическое уравнения. Как изменяется её скорость при увеличении давления в 3 раза? Во сколько раз необходимо повысить давление, чтобы скорость реакции увеличилась в 100 раз?

605. В обратимом процессе димеризация оксида азота (IV): 2NO₂ D N₂O₄ обе реакции (прямая и обратная) – простые. Как изменяется скорость прямой и обратной реакции при увеличении давления в 10 раз? В какую сторону смещается при этом равновесие, согласуется ли оно с принципом Ле Шателье?

606. Напишите уравнения реакций оксида азота (IV) с водой и раствором гидроксида натрия, в которых NO₂ проявляется как ангидрид двух кислот. Покажите окислительные свойства NO₂ уравнениями реакций с серой, газообразным йодоводородом, растворами HI и H₂SO₃.

607. Азотный ангидрид получают взаимодействием N₂O₄ с озоном, азотной кислоты с фосфорным ангидридом и AgNO₃ с хлором. Напишите уравнения реакций. Покажите расчетами, что все эти реакции при стандартных условиях возможны.

608. Объясните, почему азотный ангидрид считается солью, а не оксидом? Напишите уравнения реакций N₂O₅ с водой, сероводородом, оксидом серы (IV) и разложения при нагревании. Сделайте выводы о химических свойствах этого соединения.

609. Известно, что разложение газообразного оксида азота (V) по уравнению 2N₂O₅ = 4NO₂ + O₂ протекает в две стадии:

1) N₂O₅ = N₂O₃ + O₂ 2) N₂O₃ + N₂O₅ = 4NО₂.

Лимитирующей является вторая стадия. Определите кинетический порядок реакции по N₂O₅ и напишите кинетическое уравнение реакции.

610. Опишите образование химических связей и строение молекулы HNO₂ и NO₂^–-иона. Объясните, почему азотистая кислота разлагается при комнатной температуре, а её соли (нитриты) – при нагревании.

611. Константа диссоциации азотистой кислоты равна 5,1·10^–4. Вычислите степень диссоциации HNO₂ в растворах с молярной концентрацией 0,1 М, 0,01 М и 10^–3 М; вычислите также pH этих растворов. По результатам расчетов сделайте вывод.

612. Напишите продукты реакций, в которых HNO₂ является кислотой (1), основанием (2), окислителем (3, 4), восстановителем (5) и проявляет окислительно-восстановительную двойственность (6):

1) HNO2 + KOH =	3) HNO2 + Ba =	5) HNO2 + O2 =
2) HNO2 + H2SO4=	4) HNO2 + HI =	6) HNO2 =

613. Сколько граммов нитрита калия необходимо внести в 100 мл 20%-ного раствора KI (ρ = 1,166), подкисленного серной кислотой, для выделения всего йода в молекулярном виде?

614. Какой объем 0,05 М раствора перманганата калия потребуется для окисления в сернокислом растворе 25 мл 0,1 М раствора нитрита калия?

615. В растворе содержится 8,5 г KNO₂. Какой объем 0,2 М перманганата калия потребуется для его окисления в сернокислом растворе?

616. Определите роль нитрита натрия в данных реакциях и напишите их продукты:

1) NaNO₂ + NaBrO = 4) NaNO₂ + Cl₂ + NaOH =

2) NaNO₂ + Na₂S₂O₃ = 5) NaNO₂ + NaI + H₂SO₄ =

3) NaNO₂ + Na₂SeO₄ = 6) NaNO₂ + Na₂Te =

617. Напишите формулы и названия продуктов реакций комплексообразования с участием нитритов щелочных металлов:

1) NaNO2 + Fe(NO2)3 =	3) NaNO2 + Bi(NO2)3 =
2) NaNO2 + Co(NO2)3 =	4) KNO2 + Cu(NO2)2 =

618. При нагревании одни нитриты плавятся без разложения, другие разлагаются до оксидов, а третьи – до свободных металлов. Какие нитриты относятся к первой, второй и третьей группам? Напишите уравнения реакций разложения по одному нитриту из второй и третьей группы.

619. Опишите по методу ВС образование химических связей в молекуле HNO₃. Чему равны стехиометрическая валентность, степень окисления и электронная валентность каждого элемента в этом соединении?

620. Опишите электронное и геометрическое строение молекулы HNO₃ и ионов NO₃^-, укажите характеристики связей между атомами в этих частицах. Какой вывод можно сделать на этом основании о химических свойствах и устойчивости азотной кислоты и её солей?

621. Опишите, начиная с азота, всю цепочку получения азотной кислоты в промышленности. Обычно производят 60%-ю HNO₃ (ρ = 1,37). Чему равна молярная концентрация такой кислоты?

622. Известно, что взаимодействие оксида азота (IV) с водой может протекать по схемам:

1) NO₂ + H₂O ® HNO₃ + HNO₂

2) NO₂ + H₂O ® HNO₃ + NO

Как на химических заводах по производству азотной кислоты добиваются максимального превращения NO₂ в HNO₃?

623. Какую массу 60%-й азотной кислоты можно получить теоретически из одного м³ аммиака, если объём измерен при н.у.?

624. В лабораторных условиях азотную кислоту иногда получают взаимодействием её солей с серной кислотой. Какой объем 2 М HNO₃ можно получить из 127,5 г NaNO₃, если выход кислоты составляет 80 %?

625. Сколько мл 57%-й азотной кислоты (ρ = 1,35) потребуется для приготовления 500 мл 5%-й HNO₃ (ρ = 1,025)?

626. Какой объем 40%-й HNO₃ (ρ = 1,25) потребуется для приготовления одного литра одномолярной азотной кислоты?

627. Чему равна массовая доля HNO₃ в пятимолярном растворе, плотность которого равна 1160 кг/м³?

628. Смешали 300 мл 10 М раствора с 200 мл 1 М раствора азотной кислоты. Определите молярную концентрацию полученного раствора.

629. Определите массовую долю HNO₃ в растворе, если 200 г этого раствора нейтрализуют раствор, в котором содержится 11,2 г KOH.

630. Титр раствора HNO₃ равен 0,0126, а титр раствора NaOH – 0,016. Определите молярные концентрации растворов. В каком соотношении надо смешивать эти растворы для получения нейтральной среды?

631. Стандартная энергия Гиббса образования азотной кислоты отрицательна (–80,8 кДж/моль). Почему водород, азот и кислород при стандартных условиях и при повышенной температуре не взаимодействуют с образованием азотной кислоты?

632. Стандартная энергия Гиббса образования азотной кислоты отрицательна (–80,8 кДж/моль), но в концентрированных растворах азотная кислота разлагается. Почему идет процесс разложения и почему она вполне устойчива в разбавленных водных растворах?

633. Какую функцию выполняет азотная кислота в данных реакциях, почему они возможны, как называются и где применяются образующиеся продукты:

1) HNO₃ + H₂SO₄ = NO₂HSO₄ + H₂O

2) HNO₃ + HClO₄ = NO₂ClO₄ + H₂O?

634. Напишите полуреакции всех возможных случаев восстановления азотной кислоты. Насколько правомерно утверждение о том, что при взаимодействии с любым металлом образуется не один, а несколько продуктов восстановления HNO₃? Напишите уравнения возможных реакций азотной кислоты с цинком.

635. Напишите полуреакции процессов восстановления азотной кислоты. Почему при взаимодействии HNO₃ с восстановителями образуются оксиды NO и NO₂, хотя термодинамически более вероятно её восстановление до азота? Напишите уравнения реакций HNO₃ с серой и магнием.

636. Объясните, почему в окислительно-восстановительных реакциях концентрированная азотная кислота восстанавливается до NO или NO₂, а разбавленная – вплоть до иона NH₄⁺? Напишите уравнения реакций кальция с разбавленной и концентрированной азотной кислотой. Почему при взаимодействии HNO₃ даже с очень активными металлами не выделяется водород или выделяется в незначительном количестве?

637. По значениям стандартных окислительно-восстановительных потенциалов оцените, до каких степеней окисления азотная кислота может окислять железо (до +2 или +3), олово (до +2 или +4), свинец (до +2 или +4), марганец (до +2, +4 или +7). Напишите уравнения реакций.

638. По значениям стандартных окислительно-восстановительных потенциалов оцените, до каких степеней окисления азотная кислота может окислять углерод (до +2 или +4), фосфор (до +3 или +5) и серу (до +4 или +6)? Напишите уравнения реакций.

639. Из сравнения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций:

2IO₃^- + 12H⁺ + 10e = I₂ + 6H₂O; φº = 1,20 B

NO₃^- + 4H⁺ + 3e = NO + H₂O; φº = 0,96 B

следует, что азотная кислота не должна окислять йод. Тем не менее, кислоту HIO₃ получают взаимодействием йода с HNO₃. Почему и при каких условиях это возможно? Сколько граммов HNO₃ расходуется на получение одного литра 21%-й HIO₃ (ρ = 1,21) и какой объем NO (н.у.) образуется при этом?

640. По отношению к азотной кислоте металлы можно разделить на четыре группы: 1) не взаимодействуют вследствие термодинамической устойчивости; 2) не взаимодействую ни при каких условиях вследствие пассивирования; 3) пассивируются при обычных условиях, но взаимодействуют при нагревании; 4) взаимодействуют при любых условиях. Приведите по 2–3 примера соответствующих металлов.

641. Какая смесь называется царской водкой? Почему благородные металлы, устойчивые к действию азотной кислоты, окисляются царской водкой? Напишите уравнения реакций с царской водкой золота и платины.

642. Какой объем 35%-й HCl (ρ = 1,175) необходимо смешать с одним литром 60%-й HNO₃ (ρ = 1,37), чтобы в полученной смеси (царской водке) количества кислот соответствовали стехиометрии её взаимодействия с золотом и платиной?

643. Влияет ли добавление фтороводородной кислоты к HNO₃ на окислительные свойства азотной кислоты? Почему ниобий, тантал, вольфрам и кремний, устойчивые в азотной кислоте и царской водке, взаимодействуют со смесью азотной и фтороводородной кислот? Напишите уравнения реакций.

644. Для анализа состава латуни её навеску (порцию) массой 2,00 г растворили в азотной кислоте; при этом образовалась смесь нитратов меди (II) и цинка массой 5,87 г. Вычислите массовые доли меди и цинка в латуни.

645. Сплав серебра с медью массой 1,25 г растворили в азотной кислоте; при этом образовалась смесь нитратов меди (II) и серебра (I) массой 2,37 г. Определите состав сплава в массовых процентах.

646. Образец серебряно-цинкового припоя массой 1,50 г обработали азотной кислотой. При этом образовалось 2,81 г смеси нитратов серебра и цинка. Вычислите массовые доли металлов в припое.

647. Сплав серебра с золотом вначале обработали азотной кислотой, при этом образовалось 1,57 г AgNO₃. Остаток сплава обработали царской водкой, при этом образовалось 1,72 г комплексной кислоты. Чему была равна общая масса сплава и массовые доли серебра и золота в нем?

648. Напишите уравнения реакций азотной кислоты с соединениями:

1) HNO3 + KI =	3) HNO3 + FeS =	5) HNO3 + N2H4 =
2) HNO3 + H2S =	4) HNO3 + HNO2 =	6) HNO3 + Fe(OH)2 =

649. Соли азотной кислоты (нитраты) известны почти для всех металлов. Опишите их состав и свойства: растворимость в воде, гидролиз, окислительные свойства. Почему сильные окислительные свойства нитратов проявляются при их нагревании? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

650. Соли азотной кислоты (нитраты) известны почти для всех металлов. Опишите их состав и свойства: растворимость в воде, гидролиз, окислительные свойства. Почему одни из них при нагревании разлагаются до нитритов, другие – до оксидов, третьи – до металлов? Приведите примеры соответствующих нитратов и уравнения их разложения при нагревании.

651. Какие массы NaNO₂, Cu(NO₃)₂ и Hg(NO₃)₂ при нагревании выделяют одинаковый объем кислорода, равный 11,2 л при н.у.? При каких температурах они разлагаются с выделением кислорода? Напишите уравнения реакций.

652. Покажите термодинамическими расчетами возможность осуществления при стандартных условиях восстановления нитрата натрия свинцом по уравнению:

NaNO₃(к) + Pb(к) = NaNO₂(к) + PbO(к)

Объясните, почему эту реакцию на практике проводят при 350–400 ºС, то есть выше температуры плавления нитрата натрия (318 ºС)?

653. Пиролюзит (MnO₂) переводят в растворимую форму взаимодействием с расплавленной смесью KNO₃ с KOH. Какова роль нитрата калия в этой реакции? Напишите её уравнение и вычислите теоретический расход KNO₃ на взаимодействие с одним килограммом MnO₂. Определите, сколько тепла выделяется (или поглощается) в реакции при взаимодействии 1 кг MnO₂.

654. Содержание нитратов в растворах определяют по объему аммиака, который образуется при их восстановлении до аммиака, например:

NaNO₃ + Zn + NaOH → NH₃­ + …

Что известно о химизме этой реакции (восстановителем является металл или другое вещество, образующееся при взаимодействии металла с щелочью)? Вычислите содержание NaNO₃ в одном литре раствора, если из него при взаимодействии по данному уравнению выделилось 1120 мл NH₃ (н.у.).

655. При кипячении растворов нитратов с порошкообразным магнием он последовательно восстанавливаются до нитритов, гидроксиламина, гидразина и аммиака. Напишите уравнения реакций. Вычислите содержание NO₃^--ионов в растворе (г/л), если из 200 мл раствора выделилось 448 мл NH₃ (н.у.).

656. Нитрат калия вместе с древесным углем и серой входит в состав черного (дымного) пороха, горение которого происходит без участия кислорода:

2KNO₃ + 3C + S = N₂ + 3CO₂ + K₂S

Определите энтальпию этой реакции и роли KNO₃, угля и серы.

657. Нитраты калия, натрия, кальция и аммония используются в качестве азотного удобрения. Вычислите массовую долю азота в каждом из них.

658. Аммиачную селитру (богатое азотом удобрение) получают нейтрализацией разбавленной азотной кислоты аммиаком. Какие объемы NH₃ (н.у.) и 40%-й HNO₃ (ρ = 1,25) необходимы для получения одной тонны аммиачной селитры, в которой содержание NH₄NO₃ составляет 99,2 %?

659. Кальциевую селитру, применяемую в качестве азотного удобрения, получают взаимодействием азотной кислоты с известняком. Какие массы известняка (с содержанием 96 % CaCO₃) и 45%-й HNO₃ необходимы для получения одной тонны селитры, в которой содержание Ca(NO₃)₂ равно 99 %?

660. Один из способов получения калиевой селитры, применяемой в качестве удобрения, – взаимодействие азотной кислоты с карбонатом калия. Напишите уравнение реакции и вычислите массы K₂CO₃ и 50%-й HNO₃, необходимые для получения одной тонны этого удобрения.

661. При выращивании пшеницы из почвы извлекается 20,5 кг азота на одну тонну зерна. Какую массу аммиачной селитры необходимо внести на один гектар пашни при урожайности пшеницы 5 т/га, чтобы компенсировать унос азота?

662. При выращивании картофеля из почвы извлекается около 4 кг азота на одну тонну урожая. Какую массу кальциевой селитры необходимо внести на один гектар пашни, на котором выращено 30 т картофеля, чтобы компенсировать унос азота?

663. Нитрат натрия, применяемый в сельском хозяйстве (удобрение), в пищевой промышленности (консервант), в металлургии (солевые закалочные ванны), в стекольной промышленности (окислитель загрязняющих примесей), получают взаимодействием нитрата кальция с хлоридом натрия. Почему возможна эта реакция? Какие массы реагентов необходимы для получения одной тонны продукта?

664. С галогенами азот образует устойчивый фторид, неустойчивые хлорид и йодид, а также соединения с фтором, хлором и бромом, в которых содержатся не только азот и галоген, но и кислород. Напишите формулы, названия и реакции получения этих соединений.

665. Укажите условия проведения и напишите уравнения реакций, в которых образуются оксогалогениды азота:

1) NO + Cl2 =	3) NO2 + F2 =	5) NaNO2 + F2 =
2) NО + Br2 =	4) NOCl + O3 =	6) NOCl + AgF =

666. Объясните различие в продуктах гидролиза соединений хлора с галогенами:

NCl₃ + H₂O ® NH₃ + HClO

NOCl + H₂O ® HNO₂ + HCl

NO₂Cl + H₂O ® HNO₃ + HCl

667. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки следующих превращений:

N₂ ® NH₃ ® NO ® NO₂ ® HNO₃ ® KNO₃ ® KNO₂ ® NO ® N₂

668. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки следующих превращений:

N₂ ® NH₃ ® NO ® NO₂ ® N₂O₄ ® N₂O₅ ® HNO₃ ® NH₄NO₃

669. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки следующих превращений:

HNO₃ ® NO ® NOCl ® HNO₂ ® KNO₂ ® KNO₃ ® NH₃ ® N₂

670. Атмосферный азот – сырье для получения всех соединений азота. Изобразите в наглядном виде схему, иллюстрирующую получение из азота аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений. Объясните, почему в природе эти соединения отсутствуют.