Сегодня окислим аммиак

Сегодня решим расчетную задачу. Не сложную, но все-таки вторая часть ЕГЭ по химии, а значит, составители обещают дать много баллов. Обычно в блоге такие не разбираем (ибо извольте приходить на занятия), но сегодня сделаем исключение.

Какой объём (приведенный к нормальным условиям) азотосодержащего газа теоретически образуется при каталитическом окислении пятисот литров (взяты при нормальных условиях) аммиака?

Обычная задача уровня 8 класса приличных школ. Однако есть сложность. Не задана конкретная реакция, а лишь упомянуты условия: "каталитическое окисление". Мол, школьник должен знать, как аммиак окисляется каталитически, а как некаталитически. Должен или нет, вопрос спорный. Многие, по нашему практическому опыту, не знают.

Попробуем помочь с разрешением данной проблемы без заучивания. Каталитическая реакция приводит к более термодинамически неустойчивому продукту, чем некаталитическое превращение. Катализатор, собственно, для того и используется, чтобы получить в данном случае несвойственный продукт. Вспомним из школьного курса, что окисление азота кислородом протекает весьма неохотно.  

Итого, при окислении без катализатора получим наиболее ожидаемый продукт (диазот), а при каталитическом окислении получим оксид азота (II). Оставшиеся неприкаянными элементы образуются молекулы воды в обоих случаях. Уравняем и получим:

Итого, мы решили стехиометрию. Теперь осталось взять калькулятор и посчитать объемы. Соотношение объемов газов при нормальных условиях равно соотношению количеств веществ. Смотрим на уравнение и видим одинаковые коэффициенты перед аммиаком и NO. 

Таким образом, получим объем оксида азота (II) равный 500 литрам.

Давайте еще раз такое задание разберем

Кажется, со степенями окисления для ЕГЭ 2021 года по химии уже наверняка разобрались, но по-прежнему выдаются ляпы из-за спешки и ложной памяти. Напоминаем, что при работе с данной темой требуется не столько запоминание, сколько здравый смысл (мы исторически называем его "general chemical wisdom") и некоторый уровень критического мышления. То есть можно ничего не помнить, но вывести правильный ответ из логически верных умозаключений.

Итак, попробуем на примере азота (старое задание из пробника для Москвы). Выберите два соединения азота, в которых проявляется степень окисления +3.

• (1) Хлорид аммония и нитрит натрия.
• (2) Нитрат натрия и диоксид азота.
• (3) Тетраоксид диазота и аммиак.
• (4) Оксида азота (III) и нитрит калия.

НЕМНОГО РАССУЖДЕНИЙ

Здесь нужно либо знать степени окисления для различных соединений азота, или, как уже упоминалось, уметь их выводить. Как выводить, спросит Боря Пятунин. Хотят этот студент уже не спросит, он определенно знает. В общем, кто-то менее подготовленный задаст подобный вопрос. Поясняю. В оксидах кислород всегда имеет степень окисления равную (-2). Потому что все оксиды имеют общие черты в строении. Например в диоксиде азота кислород (-2). Тогда азот получается (+4), потому что он один, а атомов кислорода два. Рисуем брутто-формулу. Та же песня с его димером N2O4. Узнали? Азот тоже (+4). При этом на строение можно пока не смотреть. Достаточно знать, что имеем дело с оксидом. Насчет оксида азота (III) говорить вообще нечего. Тут степень окисления прямо-таки написана в скобках. Нужно не забывать, с какому элементу она относится.

Теперь вспомним, что нитрат - это анион с высшей степенью окисления для азота, а нитрит - с промежуточной. Высшая - это для азота пять, а промежуточная - три. Короче, выбираем нитриты и игнорируем нитраты.

В аммиаке и солях аммония степень окисления азота отрицательная. Почему? Потому что там азот связан с водородом, а последний менее электроотрицателен, чем азот.

Посмотрим на варианты ответа и определенно найдем верный. Это вариант номер (4).