Задания № 8, 17, 30 · ЕГЭ

Окислительно-восстановительные превращения соединений азота

Переходы между степенями окисления азота: окислители, восстановители и типичные реакции

6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Азот образует соединения со степенями окисления от $-3$ до $+5$, поэтому способен и окисляться, и восстанавливаться. В этой теме важно видеть направление перехода, определять роль вещества и подбирать типичные реагенты.

Окисление и восстановление

Окисление — повышение степени окисления элемента, сопровождаемое отдачей электронов. Восстановление — понижение степени окисления, сопровождаемое принятием электронов. Восстановитель отдаёт электроны и сам окисляется, а окислитель принимает электроны и сам восстанавливается.

Степени окисления азота и направление перехода

Наиболее часто в школьных заданиях встречаются следующие степени окисления азота: $-3$ в аммиаке $\mathrm{NH_3}$ и нитридах, $-2$ в гидразине $\mathrm{N_2H_4}$, $-1$ в гидроксиламине $\mathrm{NH_2OH}$, $0$ в простом веществе $\mathrm{N_2}$, $+1$ в оксиде азота(I) $\mathrm{N_2O}$, $+2$ в оксиде азота(II) $\mathrm{NO}$, $+3$ в азотистой кислоте и нитритах, $+4$ в диоксиде азота $\mathrm{NO_2}$ и $+5$ в азотной кислоте и нитратах. Правила расчёта нужно повторить на странице правила определения степеней окисления.

Степень окисления N	Примеры соединений	Типичная характеристика
$-3$	$\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{NH_4^+}$	сильный восстановитель
$0$	$\mathrm{N_2}$	может быть и окислителем, и восстановителем
$+2$	$\mathrm{NO}$	обычно восстановитель
$+3$	$\mathrm{HNO_2}$, $\mathrm{NO_2^-}$	может окисляться и восстанавливаться
$+4$	$\mathrm{NO_2}$	обычно окислитель, возможны диспропорционирование и восстановление
$+5$	$\mathrm{HNO_3}$, $\mathrm{NO_3^-}$	высшая степень, только восстановление

\[\Delta\mathrm{OS}(\mathrm{N})=\mathrm{OS}_{\text{конечная}}-\mathrm{OS}_{\text{начальная}}\]1

Если $Δ\mathrm{OS}>0$, азот окислился; если $Δ\mathrm{OS}<0$, он восстановился. Чем дальше исходная степень окисления от возможного предела, тем больше направлений реакции доступно. Азот в степени $+5$ уже не может окисляться, а азот в степени $-3$ не может восстанавливаться в обычных школьных реакциях.

Правило направления

В реакции азот переходит из одной степени окисления в другую: движение к большей степени окисления означает окисление азота, движение к меньшей — его восстановление. Вещество с азотом в промежуточной степени окисления может проявлять двойственные свойства.

Основные цепочки превращений

N⁻³N₂^0N⁺²N⁺⁵

Последовательное окисление азота: от аммиака через азот и оксид азота(II) к нитратам.

Типичная цепочка окисления аммиака: $\mathrm{NH_3\rightarrow N_2\rightarrow NO\rightarrow NO_2\rightarrow HNO_3}$. Аммиак окисляется кислородом до азота или оксида азота(II), $\mathrm{NO}$ на воздухе окисляется до $\mathrm{NO_2}$, а диоксид азота реагирует с водой и кислородом с образованием азотной кислоты.

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂OАммиак окисляется кислородом; азот повышает степень окисления от $-3$ до $0$.

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂OКаталитическое окисление аммиака кислородом; азот переходит из $-3$ в $+2$.

2NO + O₂ → 2NO₂Оксид азота(II) окисляется кислородом до диоксида азота.

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃Поглощение диоксида азота водой в присутствии кислорода.

Восстановление соединений азота обычно проводят водородом, углеродом, угарным газом, активными металлами или электронами. Например, азотная кислота восстанавливается металлами не до одного продукта: возможны $\mathrm{NO_2}$, $\mathrm{NO}$, $\mathrm{N_2O}$, $\mathrm{N_2}$ или $\mathrm{NH_4NO_3}$. Продукт зависит от активности металла, концентрации кислоты и температуры. Подробные закономерности рассмотрены в реакциях азотной кислоты с металлами.

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3Cu + 3H₂OАммиак восстанавливает оксид меди(II): азот окисляется от $-3$ до $0$, медь восстанавливается от $+2$ до $0$.

4NH₃ + 6NO → 5N₂ + 6H₂OВзаимодействие аммиака с оксидом азота(II); оба соединения превращаются в молекулярный азот.

Что выучить

Аммиак $\mathrm{NH_3}$ — чаще восстановитель. Азотная кислота и нитраты — источники азота в степени $+5$, поэтому азот в них только восстанавливается. $\mathrm{NO}$ легко окисляется кислородом до $\mathrm{NO_2}$.

Микро-проверка

Какую роль играет $соедине$с $азотом в степени$-3$в реакции$окисления кислородом?

Переходы между нитритами и нитратами

В нитритах азот имеет степень окисления $+3$, а в нитратах — $+5$. Поэтому нитрит-ион $\mathrm{NO_2^-}$ может окисляться кислородом, перманганатом или другими окислителями. Нитрат-ион, напротив, может восстанавливаться до $\mathrm{NO_2}$, $\mathrm{NO}$ и более низких соединений.

2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^-Окисление нитритов кислородом: степень окисления азота повышается от $+3$ до $+5$.

2NO₂ + 2KI → 2NO + I₂ + 2KOHВ щелочной среде диоксид азота восстанавливается до NO, а иодид окисляется до йода.

Соединения со степенью окисления $+3$ или $+4$ могут участвовать в диспропорционировании: атомы одного элемента одновременно окисляются и восстанавливаются. Например, при взаимодействии диоксида азота с водой часть азота переходит в $+3$, а часть — в $+5$.

2NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃Диспропорционирование: азот $+4$ превращается одновременно в $+3$ и $+5$.

Диспропорционирование

Диспропорционирование — окислительно-восстановительная реакция, в которой один и тот же элемент в одной исходной степени окисления одновременно повышает и понижает её. Такая реакция возможна для промежуточных степеней окисления.

Как решать задания на электронный баланс

Сначала определите степени окисления азота и других изменяющихся элементов. Затем запишите, сколько электронов отдаёт или принимает один атом, уравняйте число отданных и принятых электронов и только после этого подберите коэффициенты перед формулами. Кислород и водород окончательно уравнивают по составу среды.

Определяем степени окисления: в $аммиаке азот имеет$-3$, в$оксиде азота(II) — $+2$, в $\mathrm{O_2}$ кислород имеет $0$, а в воде $-2$.

$\displaystyle \mathrm{N^{-3}\rightarrow N^{+2}+5e^-}$

Кислород восстанавливается: каждый атом кислорода принимает 2 электрона. В молекуле $\mathrm{O_2}$ принимаются 4 электрона.

$\displaystyle \mathrm{O_2^0+4e^-\rightarrow 2O^{-2}}$

Наименьшее общее число электронов для изменений $5$ и $4$ равно $20$. Умножаем первую полуреакцию на 4, вторую на 5; затем учитываем два атома азота в молекуле $\mathrm{N_2O}$ либо проверяем коэффициенты по атомному составу.

$\displaystyle 4\mathrm{N^{-3}}\rightarrow4\mathrm{N^{+2}}+20e^-;\quad 5\mathrm{O_2}+20e^-\rightarrow10\mathrm{O^{-2}}$

Для реакции образования NO с водой и кислородом итоговая проверка атомов даёт уравнение каталитического окисления аммиака.

$\displaystyle 4\mathrm{NH_3}+5\mathrm{O_2}\rightarrow4\mathrm{NO}+6\mathrm{H_2O}$

Разобрать пример ЕГЭ

№

Пример

Определите восстановитель в реакции $реакции$аммиака с $оксидом меди(II):$2\mathrm{NH_3}+3\mathrm{CuO}\rightarrow\mathrm{N_2}+3\mathrm{Cu}+3\mathrm{H_2O}$.

В $аммиаке азот имеет$-3$, а в$\mathrm{N_2}$—$0$: азот окисляется.
В $\mathrm{CuO}$ медь имеет $+2$, а в $\mathrm{Cu}$ — $0$: медь восстанавливается.
Аммиак отдаёт электроны оксиду меди(II), поэтому $аммиак — восстановитель, а$оксид меди(II) — окислитель.

Частые ошибки

Не путайте изменение степени окисления с ролью вещества: если азот повысил степень окисления, именно его соединение является восстановителем. Не считайте $\mathrm{NO_2}$ всегда только окислителем: он может диспропорционировать. В реакциях азотной кислоты нельзя заранее утверждать, что продукт восстановления — только $\mathrm{NO}$; возможны разные продукты.

Итоговый алгоритм

Найдите степени окисления азота до и после реакции.
Определите, где происходит окисление, а где восстановление.
Назовите восстановитель и окислитель.
Составьте электронный баланс и уравняйте коэффициенты.
Проверьте число атомов и суммарный заряд, если участвуют ионы.

Быстрый тест по теме

Quick-test

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · степени окисления

Какая степень окисления азота в $том$завершает $нитрате$иона $формулы$нитрата?

Главное за минуту

Кратко

Азот имеет степени окисления от $-3$ до $+5$; крайние значения обычно не могут соответственно восстанавливаться и окисляться.
Аммиак — типичный восстановитель, азотная кислота и нитраты — соединения азота в высшей степени окисления.
Переход к большей степени окисления — окисление; к меньшей — восстановление.
Соединения азота в промежуточных степенях могут проявлять двойственные свойства и диспропорционировать.
При решении ОВР сначала определяют степени окисления, затем составляют электронный баланс и проверяют коэффициенты.

Степень окисления N	Примеры соединений	Типичная характеристика
\(-3\)	\(\mathrm{NH_3}\), \(\mathrm{NH_4^+}\)	сильный восстановитель
\(0\)	\(\mathrm{N_2}\)	может быть и окислителем, и восстановителем
\(+2\)	\(\mathrm{NO}\)	обычно восстановитель
\(+3\)	\(\mathrm{HNO_2}\), \(\mathrm{NO_2^-}\)	может окисляться и восстанавливаться
\(+4\)	\(\mathrm{NO_2}\)	обычно окислитель, возможны диспропорционирование и восстановление
\(+5\)	\(\mathrm{HNO_3}\), \(\mathrm{NO_3^-}\)	высшая степень, только восстановление