№ 5. Расставить коэффициенты методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель NH3+CuO → N2+H2O + Cu

Задание 5. Электронный баланс реакции

Чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, нужно определить, какие элементы изменяют степень окисления в ходе реакции, и записать полуреакции окисления и восстановления.

Исходные вещества: NH₃, CuO

Продукты реакции: N₂, H₂O, Cu

1. Определяем степени окисления (СО) всех элементов:

• В NH₃: H имеет СО +1, значит N имеет СО -3.
• В CuO: O имеет СО -2, значит Cu имеет СО +2.
• В N₂: Простое вещество, N имеет СО 0.
• В H₂O: H имеет СО +1, O имеет СО -2.
• В Cu: Простое вещество, Cu имеет СО 0.

2. Составляем электронный баланс:

Видим, что N изменяет СО с -3 до 0 (степень окисления повысилась — окисление), а Cu изменяет СО с +2 до 0 (степень окисления понизилась — восстановление).

• Окисление: 2N^-3 → N₂⁰ + 6e^- (Азот в NH₃ был -3, в N₂ стал 0. Два атома азота потеряли по 3 электрона, всего 6 электронов).
• Восстановление: 2Cu⁺² + 6e^- → 2Cu⁰ (Медь в CuO была +2, в Cu стала 0. Два атома меди приняли по 3 электрона, всего 6 электронов).

3. Находим коэффициенты:

Суммарное число отданных электронов (6) равно суммарному числу принятых электронов (6). Значит, коэффициенты для NH₃ (или N₂) и CuO (или Cu) будут 1 (или 2, если мы начнем с N₂ и Cu).

Давайте начнем с того, что в продуктах у нас N₂ и Cu. Чтобы получить 1 молекулу N₂, нам нужно 2 атома N. В NH₃ азот имеет СО -3, поэтому перед NH₃ ставим коэффициент 2.

2NH₃ → N₂ + ...

Чтобы получить 1 атом Cu, нам нужно 1 молекула CuO. Перед CuO и Cu ставим коэффициент 1.

2NH₃ + CuO → N₂ + ... + Cu

4. Уравниваем остальные элементы (H и O):

Слева у нас 2 * 3 = 6 атомов H. В продуктах H есть только в H₂O. Значит, нам нужно 3 молекулы H₂O (3 * 2 = 6 атомов H).

2NH₃ + CuO → N₂ + 3H₂O + Cu

Теперь проверим кислород (O):

Слева: 1 атом O в CuO.

Справа: 3 атома O в 3H₂O.

Количество атомов кислорода не совпадает. Это означает, что нам нужно вернуться к электронному балансу и пересмотреть коэффициенты, исходя из того, что в продуктах у нас N₂ и Cu.

Переделаем электронный баланс, исходя из продуктов:

• N^-3 → N⁰ (отдает 3 электрона). В продукте у нас N₂, значит, 2N^-3 → N₂⁰ + 6e^-
• Cu⁺² → Cu⁰ (принимает 2 электрона).

Чтобы уравнять электроны (6 и 2), наименьшее общее кратное равно 6.

• Умножаем первую полуреакцию (азот) на 1: 2N^-3 → N₂⁰ + 6e^-
• Умножаем вторую полуреакцию (медь) на 3: 3Cu⁺² + 6e^- → 3Cu⁰

Теперь переносим коэффициенты в уравнение:

Перед NH₃ (или N₂) ставим 1 (так как в балансе 2N). Но поскольку у нас N₂, то коэффициент будет 1. Если брать NH₃, то перед ним будет 2.

Перед CuO (или Cu) ставим 3.

2NH₃ + 3CuO → 1N₂ + ... + 3Cu

(Если бы мы писали N₂, то баланс был бы: N₂⁰ - 6e^- → 2N^-3. Тогда пришлось бы умножать все на 1. Давайте будем придерживаться версии с NH₃).

2NH₃ + 3CuO → N₂ + H₂O + 3Cu

Теперь уравняем водород:

Слева: 2 * 3 = 6 атомов H в 2NH₃.

Справа: H есть только в H₂O. Чтобы получить 6 атомов H, нам нужно 3 молекулы H₂O (3 * 2 = 6).

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu

Проверим кислород:

Слева: 3 атома O в 3CuO.

Справа: 3 атома O в 3H₂O.

Кислород уравнен.

5. Определяем окислитель и восстановитель:

• Восстановитель: Вещество, которое отдает электроны и повышает свою степень окисления. В данном случае это NH₃ (атом азота в нем повышает СО с -3 до 0).
• Окислитель: Вещество, которое принимает электроны и понижает свою степень окисления. В данном случае это CuO (атом меди в нем понижает СО с +2 до 0).

Итоговое уравнение:

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu

Ответ:

• Коэффициенты: 2, 3, 1, 3, 3
• Восстановитель: NH₃
• Окислитель: CuO