Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые меняют свои значения в ходе реакции:
В оксиде железа $\text{Fe}^{+2}\text{O}^{-2}$ железо имеет степень окисления $+2$.
В азотной кислоте $\text{H}\text{N}^{+5}\text{O}_3$ азот имеет степень окисления $+5$.
В нитрате железа(III) $\text{Fe}^{+3}(\text{NO}_3)_3$ железо перешло в степень окисления $+3$.
В оксиде азота(IV) $\text{N}^{+4}\text{O}_2$ азот имеет степень окисления $+4$.

2. Составим электронный баланс, выписав процессы отдачи и принятия электронов:
Восстановитель (железо) отдаёт электроны:
$\text{Fe}^{+2} - 1\bar{e} \rightarrow \text{Fe}^{+3}$ (процесс окисления)
Окислитель (азот) принимает электроны:
$\text{N}^{+5} + 1\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+4}$ (процесс восстановления)

3. Определим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. В данном случае это 1. Коэффициенты перед железом и азотом (в составе $\text{NO}_2$) будут равны 1:
$1 | \text{Fe}^{+2} \rightarrow \text{Fe}^{+3}$
$1 | \text{N}^{+5} \rightarrow \text{N}^{+4}$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции.
Ставим 1 перед $\text{FeO}$, $\text{Fe(NO}_3)_3$ и $\text{NO}_2$.
Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части уравнения: 3 атома в составе $\text{Fe(NO}_3)_3$ и 1 атом в составе $\text{NO}_2$. Итого 4 атома азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент 4.
Уравняем водород: слева 4 атома (в $4\text{HNO}_3$), значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент 2.

Проверим кислород:
Слева: $1 + 4 \cdot 3 = 13$.
Справа: $3 \cdot 3 + 2 + 2 \cdot 1 = 9 + 2 + 2 = 13$.
Кислород сходится.

Итоговое уравнение:
$\text{FeO} + 4\text{HNO}_3 = \text{Fe(NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Железо в степени окисления $+2$ (или $\text{FeO}$) является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ (или $\text{HNO}_3$) является окислителем.

Ответ:
$\text{FeO} + 4\text{HNO}_3 = \text{Fe(NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
$\text{Fe}^{+2}$ ($\text{FeO}$) — восстановитель;
$\text{N}^{+5}$ ($\text{HNO}_3$) — окислитель.

Источник: ФИПИ