1. Расставьте коэффициенты химических реакций, если они известны: HNO3 → H2O + NO2 + O2 Дайте характеристику этой реакции по всем признакам.

Балансировка химического уравнения:

Исходное уравнение: \( \text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{NO}_2 + \text{O}_2 \)

Чтобы сбалансировать уравнение, нам нужно уравнять количество атомов каждого элемента до и после реакции.

1. Определим степени окисления:
   • В \( \text{HNO}_3 \): \( \text{H}^{+1} \), \( \text{N}^{+5} \), \( \text{O}^{-2} \)
   • В \( \text{H}_2\text{O} \): \( \text{H}^{+1} \), \( \text{O}^{-2} \)
   • В \( \text{NO}_2 \): \( \text{N}^{+4} \), \( \text{O}^{-2} \)
   • В \( \text{O}_2 \): \( \text{O}^0 \)
2. Определим элементы, меняющие степени окисления:
   • Азот (N) меняет степень окисления с +5 до +4 (восстановитель).
   • Кислород (O) меняет степень окисления с -2 до 0 (окислитель).
3. Составим электронный баланс:
   • N^{+5} + 1e^{-} \(\rightarrow\) N^{+4} | \(\times\) 2 \(\text{ (восстановитель)}\)
   • 2O^{-2} - 4e^{-} \(\rightarrow\) O_2^0 | \(\times\) 1 \(\text{ (окислитель)}\)
4. Расставим коэффициенты в уравнении:
   • Коэффициент перед \( \text{HNO}_3 \) (где N имеет степень +5) будет 2.
   • Коэффициент перед \( \text{NO}_2 \) (где N имеет степень +4) будет 2.
   • Коэффициент перед \( \text{O}_2 \) (где O имеет степень 0) будет 1.
   • Теперь уравняем кислород. Слева: \( 3 \times 2 = 6 \) атомов O. Справа: \( 1 \text{ (в H}_2\text{O)} + 2 \times 2 \text{ (в NO}_2\text{)} + 2 \times 1 \text{ (в O}_2\text{)} = 1 + 4 + 2 = 7 \) атомов O.
   • Необходимо скорректировать коэффициенты. Вернемся к электронному балансу.
   • N^{+5} + 1e^{-} \(\rightarrow\) N^{+4} | \(\times\) 2 \(\text{ (восстановитель)}\)
   • 2O^{-2} - 4e^{-} \(\rightarrow\) O_2^0 | \(\times\) 1 \(\text{ (окислитель)}\)
   • Умножаем баланс на 2:
   • N^{+5} + 2e^{-} \(\rightarrow\) N^{+4} | \(\times\) 2 \(\text{ (восстановитель)}\)
   • 2O^{-2} - 8e^{-} \(\rightarrow\) O_2^0 | \(\times\) 1 \(\text{ (окислитель)}\)
   • Умножаем баланс на 2:
   • N^{+5} + 2e^{-} \(\rightarrow\) N^{+4} | \(\times\) 2 \(\text{ (восстановитель)}\)
   • O^{-2} - 4e^{-} \(\rightarrow\) O_2^0 | \(\times\) 1 \(\text{ (окислитель)}\)
   • Перебалансируем:
   • N: \( +5 \rightarrow +4 \) (принял 1 электрон)
   • O: \( -2 \rightarrow 0 \) (отдал 2 электрона)
   • Вводим общие множители:
   • N: 1 атом \( +5 \) → 1 атом \( +4 \) (принял 1e⁻)
   • O: 2 атома \( -2 \) → 1 молекула \( \text{O}_2^0 \) (каждый атом отдал 2e⁻, всего 4e⁻)
   • Электронный баланс:
   • \( \text{N}^{+5} + 1e^{-} \rightarrow \text{N}^{+4} | \times 4 \text{ (восстановитель)} \)
   • \( 2\text{O}^{-2} - 4e^{-} \rightarrow \text{O}_2^0 | \times 1 \text{ (окислитель)} \)
   • Коэффициенты:
   • \( 4 \text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2 \)
   • Проверим баланс кислорода:
   • Слева: \( 3 \times 4 = 12 \) атомов O.
   • Справа: \( 1 \times 2 \text{ (в H}_2\text{O)} + 4 \times 2 \text{ (в NO}_2\text{)} + 1 \times 2 \text{ (в O}_2\text{)} = 2 + 8 + 2 = 12 \) атомов O.
   • Проверим баланс водорода:
   • Слева: \( 4 \times 1 = 4 \) атома H.
   • Справа: \( 1 \times 2 \text{ (в H}_2\text{O)} = 2 \) атома H.
   • Необходимо добавить коэффициент 2 перед H2O:
   • \( 4 \text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2 \)
   • Проверим еще раз:
   • H: Слева 4, справа \( 2 \times 2 = 4 \).
   • N: Слева 4, справа 4.
   • O: Слева \( 3 \times 4 = 12 \), справа \( 2 \times 1 + 4 \times 2 + 1 \times 2 = 2 + 8 + 2 = 12 \).

   Сбалансированное уравнение: \( 4\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2 \)

   Характеристика реакции:

   • По числу и составу реагирующих веществ: сложная (одно исходное вещество разлагается на несколько).
   • По тепловому эффекту: эндотермическая (разложение нитратов часто требует нагревания, хотя это не указано явно в уравнении, но подразумевается для данного типа реакции).
   • По изменению степеней окисления: окислительно-восстановительная (степень окисления азота повышается, а кислорода понижается).
   • По направлению: обратимая (хотя в данном виде уравнение чаще записывают как необратимое разложение).
   • Тип реакции: реакция разложения.

   Ответ: \( 4\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2 \). Реакция разложения, окислительно-восстановительная, эндотермическая.