21. Дана схема превращений: HNO3 --Cu--> NO --X--> HNO3. Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.

Решение:

Давайте разберем схему превращений:

1. Первое превращение: HNO₃ → NO

   Реакция азотной кислоты с медью (Cu) обычно приводит к образованию оксида азота(II) (NO). Это реакция окислительно-восстановительная.

   \[ 3Cu + 8HNO_3 \text{(разб.)} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO \uparrow + 4H_2O \]

   Примечание: Если бы азотная кислота была концентрированной, то продуктом был бы NO₂, а не NO.

2. Второе превращение: NO → X → HNO₃

   Здесь нам нужно найти вещество X, которое из NO превращается в HNO₃. Оксид азота(II) (NO) при взаимодействии с кислородом воздуха (O₂) превращается в оксид азота(IV) (NO₂). Затем NO₂ при взаимодействии с водой (H₂O) образует азотную кислоту (HNO₃).

   Шаг 1: NO → NO₂

   \[ 2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2 \]

   Шаг 2: NO₂ → HNO₃

   \[ 2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2 \]

   Эта реакция называется диспропорционированием, где NO₂ одновременно и окисляется, и восстанавливается. Образуется смесь азотной (HNO₃) и азотистой (HNO₂) кислот. Если нужно получить именно HNO₃, то часто используют избыток воды или проводят реакцию при определенных условиях, чтобы максимизировать выход HNO₃, или же азотистую кислоту окисляют дальше.

   Если предположить, что X — это NO₂, и мы хотим получить HNO₃, то цепочка будет следующей:

   1. HNO₃ → NO

   \[ 3Cu + 8HNO_3 \text{(разб.)} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO \uparrow + 4H_2O \]

   2. NO → NO₂

   \[ 2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2 \]

   3. NO₂ → HNO₃

   \[ 2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2 \]

   Таким образом, веществом X является NO₂ (оксид азота(IV)), и для получения HNO₃ из NO нам потребуется промежуточная стадия с O₂ и последующая реакция NO₂ с H₂O.

Ответ: 1) 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O; 2) 2NO + O₂ → 2NO₂; 3) 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂.