Условие задачи
Чем можно объяснить большую восстановительную способность щелочных металлов. При сплавлении гидроксида натрия с металлическим натрием последние восстанавливает водород щелочи в гидрид-ион. Составьте электронные и молекулярные уравнения этой реакции.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии (окисло-восстановительные процессы).
──────────────────────────────
1. Объяснение явления
Щелочные металлы (например, натрий) обладают большой восстановительной способностью благодаря очень низкой энергии ионизации, что позволяет им легко отдавать внешние электроны. В сплаве гидроксида натрия (NaOH) с металлическим натрием (Na) последние, отдавая электроны, восстанавливают ту часть гидроксильного иона (OH⁻), в составе которого содержится атом водорода с формальной степенью окисления +1, до гидрид-иона (H⁻) с степенью –1. Одновременно кислород превращается в оксид-иод (O²⁻). Образующиеся ионы Na⁺, H⁻ и O²⁻ вновь соединяются, давая в твердой фазе соединения, имеющие составы гидрида натрия (NaH) и оксида натрия (Na₂O).
──────────────────────────────
2. Электронное (полуреакционное) уравнение
Поскольку атом водорода в OH⁻ восстанавливается с +1 до –1, происходит прием двух электронов. Соответственно, его полуреакция выглядит так:
OH⁻ + 2 e⁻ → H⁻ + O²⁻
Для обеспечения необходимых двух электронов металлический натрий окисляется по схеме:
2 Na → 2 Na⁺ + 2 e⁻
Соединяя обе полуреакции (с учетом того, что 2 e⁻ в реакции восстановления получают именно 2 Na), получаем ионное уравнение:
2 Na + OH⁻ → 2 Na⁺ + H⁻ + O²⁻
──────────────────────────────
3. Молекулярное уравнение реакции
При наличии гидроксида натрия исходно имеется ионовое соединение NaOH, которое диссоциирует на Na⁺ и OH⁻. Кроме того, дополнительное количество Na (2 молекулы на каждую молекулу OH⁻) участвует в реакции, отдавая электроны. Далее ионы, образовавшиеся в результате окисления и восстановления, рекомбинируют с учетом стехиометрии:
NaOH + 2 Na → NaH + Na₂O
Проверим баланс элементов:
• Натрий: справа в NaH – 1 атом, в Na₂O – 2 атома; итого 3 атома. Слева: в NaOH – 1, плюс 2 атома металла Na, всего 3 атома.
• Кислород: по 1 молекуле как в NaOH, так и в Na₂O.
• Водород: по 1 атому в NaOH и 1 в NaH.
Балл сохранён.
──────────────────────────────
4. Итог
Из вышеизложенного видно, что высокая восстановительная способность щелочных металлов (из-за низкой энергии ионизации) позволяет металлическому натрию (Na) отдавать электроны, необходимые для восстановления гидроксильного иона OH⁻ до гидрид-иона H⁻, при этом кислород переходит в оксид-иод O²⁻. В конечном итоге происходит рекомбинация и образование гидрида натрия (NaH) и оксида натрия (Na₂O). Электронное уравнение выглядит так:
Окисление: 2 Na → 2 Na⁺ + 2 e⁻
Восстановление: OH⁻ + 2 e⁻ → H⁻ + O²⁻
Молекулярное уравнение реакции:
NaOH + 2 Na → NaH + Na₂O
Таким образом, задача решена в рамках неорганической химии с учётом правил записи окислительно-восстановительных реакций.