3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции с помощью электронного баланса. Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2+ H2O

Задание С3: Расстановка коэффициентов методом электронного баланса

Уравнение реакции:

\( Cu + HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O \)

Составление электронного баланса:

1. Определим степени окисления элементов:

\( \text{Cu}^0 + \text{H}^{+1}\text{N}^{+5}\text{O}_2^{-2} → \text{Cu}^{+2}(\text{N}^{+5}\text{O}_2^{-2})_2 + \text{N}^{+4}\text{O}_2^{-2} + \text{H}^{+1}_2\text{O}^{-2} \)

2. Выявим элементы, меняющие степень окисления:

• Медь (Cu): \( 0 → +2 \) (отдает 2 электрона)


• Азот (N): \( +5 → +4 \) (принимает 1 электрон)

3. Составим полуреакции:

• Окисление: \( Cu^0 - 2e^- → Cu^{+2} \)


• Восстановление: \( N^{+5} + 1e^- → N^{+4} \)

4. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа электронов (2 и 1), которое равно 2.

5. Определим коэффициенты для окислителя и восстановителя:

• Для меди: \( 2 \text{ электрона} / 2 \text{ электрона} = 1 \) (коэффициент перед Cu и Cu(NO₃)₂ будет 1).


• Для азота: \( 2 \text{ электрона} / 1 \text{ электрон} = 2 \) (коэффициент перед N⁺⁵ и N⁺⁴ в NO₂ будет 2).

Расстановка коэффициентов в уравнении:

\( \textbf{1}Cu + \textbf{?}HNO_3 → \textbf{1}Cu(NO_3)_2 + \textbf{2}NO_2 + H_2O \)

Теперь уравняем азот:

В \( Cu(NO_3)_2 \) содержится 2 атома азота (со степени окисления +5). В \( NO_2 \) содержится 2 атома азота (со степени окисления +4).

Общее число атомов азота: 2 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2 (в \( NO_2 \)) = 4. Значит, перед \( HNO_3 \) ставим коэффициент 4.

\( Cu + \textbf{4}HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O \)

Теперь уравняем водород:

В \( 4HNO_3 \) содержится 4 атома водорода. Следовательно, перед \( H_2O \) ставим коэффициент 2.

\( Cu + 4HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + \textbf{2}H_2O \)

Проверим кислород:

Слева: \( 4 \times 3 = 12 \) атомов кислорода.

Справа: \( 1 \times 2 \times 3 \) (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + \( 2 \times 2 \) (в \( NO_2 \)) + \( 2 \times 1 \) (в \( H_2O \)) = 6 + 4 + 2 = 12 атомов кислорода.

Коэффициенты расставлены верно.

Ответ:

\( \textbf{1}Cu + \textbf{4}HNO_3 → \textbf{1}Cu(NO_3)_2 + \textbf{2}NO_2 + \textbf{2}H_2O \)