2023-03-20
В реакцию серебряного зеркала с избытком аммиачного раствора нитрата серебра ввели некоторое количество соединения $X$. При этом образовалось 0,324 г серебра. После пропускания газообразных продуктов реакции через крепкий раствор серной кислоты собрали 34,3 мл газа (н. у.). Этот газ способен реагировать с металлическим магнием при высокой температуре.
1) Определите вещество $X$ и запишите уравнения всех реакций.
2) Какова масса $X$, вступившего в реакцию серебряного зеркала?
3) Почему объем газа слегка отличается от стехиометрического?
4) Как синтезировать $X$ из неорганических соединений?
Решение:
1) Сколько-нибудь полное выделение углекислого газа из избыточного количества водноаммиачного раствора нереально, поэтому газ, вероятнее всего, представляет собой азот:
$3Mg + N_{2} = Mg_{3}N_{2}$.
$n(Ag): n(N_{2}) = \frac{0,324 г}{108 г/моль} : \frac{32,8 \cdot 10^{-3} л}{22,4 л} = 3,00 \cdot 10^{-3} моль : 1,53 \cdot 10^{-3} моль \approx 2:1$.
Катион $Ag^{+}$ является одноэлектронным окислителем, и для образования одной молекулы $N_{2}$ (степень окисления азота равна 0) необходимо забрать 2 электрона. Степень окисления азота в соединении $X$ равна -1. Это гидроксиламин:
$NH_{2}OH + Ag(NH_{3})_{2}^{+} = Ag \downarrow + NH_{3} + NH_{4}^{+} + \frac{1}{2} N_{2} \uparrow + H_{2}O$.
2) Количество вещества гидроксиламина, вступившего в реакцию серебряного зеркала, равно количеству вещества выделившегося серебра:
$m(NH_{2}OH) = 33 г/моль \cdot 3,00 \cdot 10^{-3} моль = 0,099 г$.
3) Объем газа немного больше стехиометрического потому, что гидроксиламин медленно диспропорционирует при нагревании в щелочной среде:
$3NH_{2}OH = N_{2} \uparrow + NH_{3} + 3H_{2}O$.
4) Способы получения гидроксиламина:
$NO + \frac{3}{2} H_{2} \overset{t,Pt}{=} NH_{2}OH$ (в промышленности);
$HNO_{3} + 6H = NH_{2}OH + 2H_{2}O$ (электролиз со свинцовым катодом);
$2KNO_{2} + SO_{2} + 4H_{2}O = K_{2}SO_{4} + [NH_{3}OH]_{2}SO_{4}$ (метод Рашига, наиболее старый).