5. Указать продукты реакции, расставить коэффициенты, индексы и степени окисления: HNO3 + Ba =

Решение:

Данная реакция — взаимодействие сильной кислоты (азотная кислота, HNO₃) с активным щелочноземельным металлом (барий, Ba).

1. Продукты реакции: При взаимодействии азотной кислоты с барием образуются соль — нитрат бария (Ba(NO₃)₂), выделяется водород (H₂) и происходит частичное восстановление азотной кислоты.

   В данном случае, при реакции активного металла с азотной кислотой, водород обычно не выделяется, а азотная кислота восстанавливается до оксида азота(II) (NO) или других оксидов в зависимости от концентрации кислоты и активности металла.

   Учитывая, что барий — очень активный металл, а азотная кислота — сильный окислитель, наиболее вероятный продукт восстановления азотной кислоты — это оксид азота(II) (NO).

2. Степени окисления:
   • В HNO₃: H (+1), N (+5), O (-2)
   • В Ba: Ba (0)
   • В Ba(NO₃)₂: Ba (+2), N (+5), O (-2)
   • В NO: N (+2), O (-2)
   • В H₂: H (0)

   Обратите внимание: степень окисления азота в HNO₃ (+5) понижается до +2 в NO, а степень окисления бария повышается с 0 до +2. Водород из кислоты (степень окисления +1) превращается в молекулярный водород (степень окисления 0).

3. Расстановка коэффициентов:

   Уравнение реакции: HNO₃ + Ba → Ba(NO₃)₂ + NO + H₂O

   Для расстановки коэффициентов используем метод электронного баланса:

   Окисление:

   Ba⁰ - 2e^- → Ba⁺² (барий окисляется)

   Восстановление:

   N⁺⁵ + 3e^- → N⁺² (азот восстанавливается)

   Водород:

   2H⁺¹ + 2e^- → H₂⁰ (водород восстанавливается)

   Наименьшее общее кратное для 2, 3 и 2 — это 6.

   Умножаем баланс:

   Ba⁰ - 2e^- | × 3 → Ba⁺² (3 атома Ba)

   N⁺⁵ + 3e^- | × 2 → N⁺² (2 атома N)

   2H⁺¹ + 2e^- | × 3 → H₂⁰ (3 молекулы H₂)

   Подставляем коэффициенты в уравнение:

   3Ba + 2HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

   Теперь уравниваем кислород и водород. В нитрате бария у нас 3 × 2 = 6 групп NO₃. Таким образом, общее количество азота в правой части — 2 (в NO) + 6 (в Ba(NO₃)₂) = 8.

   Нам нужно 8 атомов азота, поэтому перед HNO₃ ставим коэффициент 8:

   3Ba + 8HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

   Теперь посчитаем водород. Слева у нас 8 атомов водорода в 8HNO₃. Справа водород есть только в воде. Чтобы получить 8 атомов водорода, ставим коэффициент 4 перед H₂O:

   3Ba + 8HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

   Проверим количество атомов кислорода:

   Слева: 8 (в 8HNO₃)

   Справа: 3 × 2 (в 3Ba(NO₃)₂) + 2 (в 2NO) + 4 (в 4H₂O) = 6 + 2 + 4 = 12. Кислород не сбалансирован. Здесь мы видим, что в данном случае водород и азот восстановятся до разных продуктов.

   Пересмотрим баланс для H₂:

   Учитывая, что барий — очень активный металл, а азотная кислота — сильный окислитель, водород в этом случае восстанавливается до H₂. Азотная кислота восстанавливается до NO.

   H⁺¹ → H₂⁰ (2H⁺¹ + 2e^- → H₂⁰)

   N⁺⁵ → N⁺² (N⁺⁵ + 3e^- → N⁺²)

   Ba⁰ → Ba⁺² (Ba⁰ - 2e^- → Ba⁺²)

   Наименьшее общее кратное для 2, 3, 2 — это 6.

   Ba⁰ - 2e^- | × 3

   N⁺⁵ + 3e^- | × 2

   2H⁺¹ + 2e^- | × 3

   3Ba + 2HNO₃ + 3H₂ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

   Считаем азот: в 3Ba(NO₃)₂ у нас 6 атомов N. В NO у нас 2 атома N. Итого 8 атомов N.

   Перед HNO₃ ставим 8:

   3Ba + 8HNO₃ + 3H₂ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

   Считаем водород: слева у нас 8 атомов в 8HNO₃ и 6 атомов в 3H₂. Всего 14 атомов. Справа у нас 2 атома в H₂O. Здесь возникает противоречие.

   Правильный ход решения для активных металлов с разбавленной азотной кислотой:

   Реакция активных металлов с разбавленной азотной кислотой приводит к образованию соли, оксида азота (II) (NO) и воды. Водород не выделяется.

   Ba⁰ → Ba⁺² + 2e^-

   N⁺⁵ + 3e^- → N⁺²

   Наименьшее общее кратное для 2 и 3 — 6.

   Ba⁰ - 2e^- | × 3 → Ba⁺² (3 атома Ba)

   N⁺⁵ + 3e^- | × 2 → N⁺² (2 атома N)

   3Ba + 2HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO

   Теперь считаем азот: в 3Ba(NO₃)₂ у нас 3 × 2 = 6 атомов N. В 2NO у нас 2 атома N. Итого 8 атомов N.

   Значит, перед HNO₃ нужно поставить коэффициент 8:

   3Ba + 8HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO

   Считаем водород: слева у нас 8 атомов H в 8HNO₃. Справа водорода нет. Добавляем воду для баланса водорода и кислорода.

   Слева 8 H, справа нужно 8 H. Ставим коэффициент 4 перед H₂O:

   3Ba + 8HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

   Проверяем кислород:

   Слева: 8 × 3 = 24 атома O.

   Справа: 3 × (2 × 3) (в Ba(NO₃)₂) + 2 (в NO) + 4 (в H₂O) = 18 + 2 + 4 = 24 атома O.

   Баланс соблюден.

Итоговое уравнение:

\[ 3\text{Ba} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Ba}(\text{NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} \]

Ответ: 3Ba + 8HNO₃ → 3Ba(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O