Алгебра
Английский
Биология
География
Геометрия
История
Русский
Обществознание
Физика
Химия
Информатика
Литература
МатематикаВопрос:
11. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции: Си + HNO3(разб.) → Си(NO3)2 + NO + H2O. Определите окислитель и восстановитель.
Ответ:
Краткое пояснение: Для решения задачи методом электронного баланса необходимо определить степени окисления всех элементов, выявить элементы, меняющие свою степень окисления, составить полуреакции окисления и восстановления, уравнять число отданных и принятых электронов, а затем подставить полученные коэффициенты в исходное уравнение. Окислитель – вещество, принимающее электроны, восстановитель – вещество, отдающее электроны.
Пошаговое решение:
- 1. Определение степеней окисления:
\[\stackrel{0}{\text{Cu}} + \stackrel{+1}{\text{H}}\stackrel{+5}{\text{N}}\stackrel{-2}{\text{O}}_3\text{(разб.)} \rightarrow \stackrel{+2}{\text{Cu}}(\stackrel{+5}{\text{N}}\stackrel{-2}{\text{O}}_3)_2 + \stackrel{+2}{\text{N}}\stackrel{-2}{\text{O}} + \stackrel{+1}{\text{H}}_2\stackrel{-2}{\text{O}}\] - 2. Выявление элементов, меняющих степень окисления:
\[\text{Cu}^0 \rightarrow \text{Cu}^{+2}\] (окисление)
\[\text{N}^{+5} \rightarrow \text{N}^{+2}\] (восстановление) - 3. Составление полуреакций и уравнивание электронов:
Окисление: \( \text{Cu}^0 - 2e^{-} \rightarrow \text{Cu}^{+2} \) (отдано 2 электрона)
Восстановление: \( \text{N}^{+5} + 3e^{-} \rightarrow \text{N}^{+2} \) (принято 3 электрона) - 4. Нахождение наименьшего общего кратного (НОК) для числа электронов:
НОК(2, 3) = 6 - 5. Определение коэффициентов:
Умножаем полуреакцию окисления на 3, а полуреакцию восстановления на 2.
\( 3\text{Cu}^0 - 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu}^{+2} \)
\( 2\text{N}^{+5} + 6e^{-} \rightarrow 2\text{N}^{+2} \) - 6. Расстановка коэффициентов в исходном уравнении:
\[ 3\text{Cu} + x\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + y\text{H}_2\text{O} \] - 7. Уравнение азота и кислорода (кроме нитрат-ионов):
Атомы азота: \(x = 2 \text{ (в NO)} + 2 \cdot 3 \text{ (в Cu(NO}_3)_2)\) — здесь мы учли азот, который входит в состав нитрат-ионов, образующихся из Cu. Поэтому для HNO3, в которой есть и восстановитель, и окислитель, мы должны посчитать отдельно. - 8. Уравнение водорода:
В левой части: \(x\) атомов H (из \(x\) HNO3). В правой части: \(2y\) атомов H (из \(y\) H2O). - 9. Уравнение кислорода:
В левой части: \(3x\) атомов O. В правой части: \(3 \cdot 2 \cdot 3 \text{ (в Cu(NO}_3)_2)} + 2 \cdot 1 \text{ (в NO)} + y \cdot 1 \text{ (в H}_2\text{O)}\) - 10. Более точное уравнивание:
Сначала расставляем коэффициенты для элементов, изменивших степень окисления:
\[ 3\text{Cu} + x\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + y\text{H}_2\text{O} \] - 11. Уравниваем азот:
В \(3\text{Cu(NO}_3)_2\) содержится \(3 \cdot 2 = 6\) атомов N.
В \(2\text{NO}\) содержится \(2\) атома N.
Общее число атомов N в правой части: \(6 + 2 = 8\).
Значит, \(x = 8\). - 12. Уравниваем водород:
В левой части \(8\) атомов H (из \(8\text{HNO}_3\)).
В правой части \(2y\) атомов H (из \(y\text{H}_2\text{O}\)).
\(2y = 8 \Rightarrow y = 4\). - 13. Проверяем кислород:
Левая часть: \(8 \cdot 3 = 24\) атома O.
Правая часть: \(3 \cdot 2 \cdot 3 + 2 \cdot 1 + 4 \cdot 1 = 18 + 2 + 4 = 24\) атома O.
Кислород уравнен. - 14. Итоговое уравнение:
\[ 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} \] - 15. Определение окислителя и восстановителя:
Медь (Cu) отдала электроны, изменив степень окисления с 0 до +2, поэтому медь – восстановитель.
Азот (N) в составе HNO3 принял электроны, изменив степень окисления с +5 до +2, поэтому азотная кислота (HNO3) – окислитель.
Ответ: Коэффициенты: 3, 8, 3, 2, 4. Окислитель: HNO3. Восстановитель: Cu.
