Условие задачи
Закончите уравнения реакций:
а) S + O2 = … ;
б) Si + NaOH + Н2O = … ;
в) Р + Mg = … ;
г) NH3 + O2 =(кат.) … ;
д) MnO2 + НСl(конц.) = … .
Какие из этих реакций имеют практическое значение.
Решение
Ниже приводится подробное решение задачи по химии (неорганическая химия, уравнения реакций, их балансировка и обсуждение практического значения).
──────────────────────────────
а) Реакция с участием серы и кислорода при сжигании даёт диоксид серы. Уравнение реакции:
S + O₂ → SO₂
Это уравнение уже сбалансировано: один атом серы и два атома кислорода в обеих сторонах.
──────────────────────────────
б) Реакция между кремнием, гидроксидом натрия и водой протекает с образованием силикатов и выделением водорода. Известна реакция получения водного стекла (натриевого силиката). Запишем уравнение:
Si + 2 NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2 H₂
Проверим баланс по элементам:
• Si: слева 1, справа 1;
• Na: 2 с обеих сторон;
• О: (2 из NaOH + 1 из H₂O = 3) слева, 3 в Na₂SiO₃ справа;
• H: (2 из NaOH + 2 из H₂O = 4) слева, 2×2 = 4 (в 2H₂) справа.
──────────────────────────────
в) Реакция между фосфором и магнием дает фосфид магния. Известна реакция:
2 P + 3 Mg → Mg₃P₂
Здесь два атома фосфора и три атома магния образуют Mg₃P₂. Баланс по всем элементам выполнен.
──────────────────────────────
г) Кислород в присутствии катализатора окисляет аммиак. Эта реакция лежит в основе Оствальдского процесса получения оксида азота (NO), который далее используется для производства азотной кислоты. Уравнение реакции выглядит так:
4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O (каталитически)
Проверка баланса:
• N: 4 слева, 4 в NO справа;
• H: 4×3 = 12 с NH₃ слева, 6×2 = 12 в H₂O;
• O: 5×2 = 10 с O₂ слева, 4 в NO (по 1 у каждого NO) + 6 в H₂O = 10.
──────────────────────────────
д) Реакция марганца(IV) оксида с концентрированной соляной кислотой протекает с восстановлением MnO₂ до MnCl₂, одновременно окисляясь хлориды до хлора. Уравнение реакции:
MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O
Баланс:
• Mn: 1 и 1;
• O: 2 слева, 2 в 2 H₂O;
• Cl: 4 слева, 2 в MnCl₂ и 2 в Cl₂, итого 4;
• H: 4 слева, 2×2 = 4 в 2 H₂O.
──────────────────────────────
Практическое значение реакций
1. Реакция (а) S + O₂ → SO₂ имеет большое практическое значение, поскольку диоксид серы является промежуточным продуктом в промышленном производстве серной кислоты (контактный процесс).
2. Реакция (б) Si + 2 NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2 H₂ тоже практична – получение натриевого силиката (водного стекла) находит применение в производстве клеёв, огнеупоров, а также в различных технологиях для уплотнения и связующих материалов.
3. Реакция (в) 2 P + 3 Mg → Mg₃P₂ менее распространена с промышленной точки зрения и носит, скорее, лабораторный характер или используется в узких технологических процессах.
4. Реакция (г) 4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O (кат.) имеет огромное практическое значение, так как является основным этапом в Оствальдском процессе – производстве азотной кислоты, важного химического продукта.
5. Реакция (д) MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O также практична. Она используется для лабораторного получения хлора и имеет историческое значение в синтезе хлорсодержащих соединений, хотя в современной промышленности для получения Cl₂ чаще применяют электрохимические методы (хлор-щёлочной процесс).
──────────────────────────────
Итак, наиболее практическое значение имеют реакции (а), (б), (г) и (д), поскольку они используются в производственных процессах (производство серной и азотной кислот, водного стекла, хлора и т. п.), а реакция (в) применяется преимущественно в лабораторных исследованиях или в узких технологиях.