Условие задачи

Степень окисления азота уменьшается в ряду веществ, формулы которых1) NH3, NO2, КNO32) N2O4, KNO2, NH4Cl3) N2, N2O, NH34) HNO3, HNO2, NO2

Решение

Дисциплина: Общая химия (окислительное состояние, правила расчёта степени окисления).

Нужно определить, в каком из приведённых рядов последовательное изменение степени окисления азота идёт по убывающей (то есть по порядку получается меньшее значение степени окисления).

Рассмотрим каждый ряд по частям.

1) Ряд: NH₃, NO₂, KNO₃

• Для NH₃: азот обозначим x. Так как H имеет степень +1, уравнение для нейтральной молекулы:
x + 3·(+1) = 0 ⟹ x = –3.

• Для NO₂: считаем, что кислород имеет –2. Для молекулы:
x + 2·(–2) = 0 ⟹ x – 4 = 0 ⟹ x = +4.

• Для KNO₃: калий (K) имеет +1, а группа NO₃ должна иметь –1, так как KNO₃ нейтральное.
В NO₃: x + 3·(–2) = –1 ⟹ x – 6 = –1 ⟹ x = +5.

Получаем последовательность: –3, +4, +5. Здесь сначала идёт резкий скачок от –3 до +4, затем повышение до +5 – не наблюдается монотонное убывание.

2) Ряд: N₂O₄, KNO₂, NH₄Cl

• Для N₂O₄: в молекуле два атома азота. Пусть степень окисления азота равна x, тогда для N₂O₄:
2·x + 4·(–2) = 0 ⟹ 2x – 8 = 0 ⟹ x = +4.
(Каждый атом азота имеет степень окисления +4.)

• Для KNO₂: калий даёт +1, значит NO₂-группа должна иметь суммарный заряд –1. В NO₂:
x + 2·(–2) = –1 ⟹ x – 4 = –1 ⟹ x = +3.

• Для NH₄Cl: обычно речь идёт о соляном соединении аммония. Группа NH₄⁺ имеет заряд +1. Тогда для NH₄⁺:
x + 4·(+1) = +1 ⟹ x + 4 = +1 ⟹ x = –3.

Последовательность степеней окисления: +4, +3, –3 – строго убывающая.

3) Ряд: N₂, N₂O, NH₃

• Для N₂: элементарное вещество, степень окисления 0.

• Для N₂O: для усреднённого расчёта степени окисления:
2·x + (–2) = 0 ⟹ 2x = +2 ⟹ x = +1
(Хотя в реальности в молекуле разные атомы, для такой задачи используем среднее значение.)

• Для NH₃, как уже считали, x = –3.

Последовательность: 0, +1, –3. Здесь от 0 к +1 происходит увеличение, а потом резкое снижение, поэтому не убывает монотонно.

4) Ряд: HNO₃, HNO₂, NO₂

• Для HNO₃ (азотная кислота):
x + (–2)·3 + (+1) = 0 ⟹ x – 6 + 1 = 0 ⟹ x = +5.

• Для HNO₂ (двууглекислая кислота):
x + 2·(–2) + (+1) = 0 ⟹ x – 4 + 1 = 0 ⟹ x = +3.

• Для NO₂:
x + 2·(–2) = 0 ⟹ x – 4 = 0 ⟹ x = +4.

Последовательность: +5, +3, +4 – здесь последнее значение (+4) выше, чем предыдущее (+3), что нарушает условие убывания.

Вывод: Единственный ряд, в котором степень окисления азота строго убывает, – это ряд №2 (N₂O₄, KNO₂, NH₄Cl).