Mg+N²

Задача: Mg + N2 → ? Цель: Понять 1) Что за реакция - Реакция между магнием (Mg) и молекулярным азотом (N2) является синтезом/сочетанием. В результате образуется магний нитрид Mg3N2. 2) Балансировка химического уравнения - Запишем черновик: Mg + N2 → Mg3N2 - Пусть коэффициенты такие: a Mg + b N2 → c Mg3N2. - По Mg: a = 3c (в правой части три иона Mg на каждую молекулу Mg3N2) - По N: 2b = 2c, значит b = c - Выберем простой целый коэффициент c = 1. - Тогда a = 3, b = 1. - Балансированное уравнение: 3 Mg + N2 → Mg3N2 3) Важные пояснения - Степени окисления: Mg в соединении имеет окисление +2 (Mg2+), азот в нитриде —3 (N3−). В Mg3N2 три Mg2+ и два N3− дают общий заряд 0: 3×(+2) + 2×(−3) = +6 − 6 = 0. - Тип реакции: синтез (соединение двух веществ в более сложное соединение). - Условия: часто необходим нагрев, чтобы реакция прошла активно; магний реагирует с N2 не так легко при низких температурах. 4) Пример стехиометрии (расчёт по количеству вещества) - Пусть дано 9.0 г Mg и N2 доступен в избытке. Найдём, сколько Mg3N2 можно получить. - Молекулярная масса Mg = 24.305 г/моль. - Молярная масса Mg3N2 = 3×24.305 + 2×14.007 ≈ 72.915 + 28.014 ≈ 100.93 г/моль. - n(Mg) = 9.0 г / 24.305 г/моль ≈ 0.370 моль. - По уравнению 3 Mg → 1 Mg3N2, из 3 моль Mg образуется 1 моль Mg3N2. Значит максимум Mg3N2 = 0.370 / 3 ≈ 0.123 моль. - Масса Mg3N2 = 0.123 моль × 100.93 г/моль ≈ 12.4 г. - Проверка на ограничивающий реагент: если взять N2 неограниченный, Mg ограничивает продукт. Если же N2 количество меньше, найдём нужное N2: - Нужное молей N2 при 0.370 моль Mg: 0.370 / 3 ≈ 0.123 моль N2. - Масса N2 для этого ≈ 0.123 × 28.014 ≈ 3.45 г. - Если N2 меньше 3.45 г, он лимитирует образование Mg3N2. 5) Практические заметки - Mg3N2 реагирует с водой и кислотами с образованием аммиака и гидроксидов магния: Mg3N2 + 6 H2O → 3 Mg(OH)2 + 2 NH3 - Реакция очень горячая и магний—железный металл может загораться на воздухе; работать следует в надлежащих условиях и под присмотром учителя. Итог - Балансированное уравнение: 3 Mg + N2 → Mg3N2 - Это синтез Mg3N2; можно рассчитать продукты по стехиометрии, если заданы массы Mg или N2.