А.Д.Вяземский.Составление уравнений нестандартных реакций

Составление уравнений химических реакций представляется несложной операцией, смысл которой – подстановка формул веществ в общие схемы, например такие:

1) элемент + кислород = оксид;
2) металл + неметалл = соль;
3) активный металл + вода = основание + водород;
4) кислота + основание = соль + вода.

Однако известны реакции, не укладывающиеся в законы формальной логики. При записи правой части уравнений таких реакций требуется умение рассуждать, какие продукты получатся. Бывает, что процесс протекает в несколько стадий, зависит от мольных соотношений реагентов, температуры и т. п.
Ниже приведены неполные уравнения реакций, которые предлагали на подготовительных курсах в Российском медицинском университете (бывший 2-й Московский государственный медицинский институт им. Н.И.Пирогова).
Изучение этого материала включено в программу по химии для 9-го класса общеобразовательных школ. Здесь мы приводим составление уравнений повышенной сложности.
Заметим, что в нашем распоряжении имелись только задания, без ответов к ним. Попробуйте и вы самостоятельно сориентироваться в незнакомой ситуации. Подобные задачи часто встречаются на олимпиадах, в вопросах конкурсных экзаменов в вуз. Их можно использовать при организации школьных олимпиад.

ЗАДАНИЯ:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

ОТВЕТЫ:

1. Что случится с тремя предложенными веществами при нагревании? Активный металл магний восстанавливает хром из его оксида. Нитрат серебра при этом разлагается до металлического серебра, диоксида азота и кислорода. Кроме того, магний захватывает один из двух атомов кислорода молекулы NO₂, переводя ее в монооксид NO, и связывает молекулярный кислород, полученный при разложении AgNO₃. Схема процесса:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Заметим, что в зависимости от мольных соотношений реагентов Сr₂О₃ и AgNO₃, например, равных 1:2 (вариант 1) или 1:1 (вариант 2), коэффициенты в уравнении реакции будут разными.
Поскольку в формуле Сr₂О₃ два атома хрома, то при составлении электронного баланса удваиваем число атомов хрома. Коэффициенты при атомах серебра и азота в варианте 1 равны 2, а в варианте 2 равны 1. Соответственно коэффициенты при атомах магния будут 7 (вариант 1) и 5 (вариант 2).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

ИТОГОВЫЕ УРАВНЕНИЯ

Вариант 1

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Вариант 2

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

2. Здесь проблема в том, какой оксид азота – NО или NО₂ – выделяется в реакции. Вероятно, диоксид NО₂, образующийся при распаде АgNO₃, отдает один атом кислорода атому металла. Нитрат серебра, в котором восстанавливаются атомы и , взят в избытке. Значит, медь в Cu₂O будет окисляться так же, как и цинк. Поэтому схема реакции имеет вид:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Считаем, что цинк и оксид меди(I) взяты в эквимолярных количествах, следовательно, в электронном балансе необходимо удвоить число атомов меди.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Запишем уравнение реакции с коэффициентами:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Предполагая, что выделяется газ NО₂, определим коэффициенты в уравнении реакции.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Для уравнивания числа перемещенных электронов исходные вещества необходимо взять в мольных соотношениях:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Дело сводится к первоначальному взаимодействию хлора с водой:

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO.

Одна из образующихся кислот хлора – НСlO – в условиях реакции (нагревание) разлагается на хлористый водород и кислород:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Реакция обмена между соляной кислотой и гидрокарбонатом бария протекает с выделением углекислого газа и образованием соли ВаСl₂ и воды.
Из уравнений реакций образования НCl видно, что для получения молекулы О₂ требуется две молекулы Cl₂. Остальные коэффициенты легко определяются:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Необычность уравнения в том, что в его левой и правой частях присутствуют формулы молекулы воды. Таким образом задаются условия протекания реакции (в водной среде).

4. В предлагаемой схеме атом азота в оксиде N₂O₅ находится в степени окисления +5. В результате химической реакции более электрофильный атом азота сильного окислителя N₂O₅ будет отнимать электроны у атома фосфора, окисляя его до максимально возможной степени окисления . Ожидаемые продукты реакции – оксид азота NO (а) или NO₂ (б) и фосфорная кислота Н₃РО₄.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]