Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, воспользуемся методом электронного баланса.

Шаг 1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют.
В левой части уравнения цинк $\text{Zn}$ — простое вещество, его степень окисления равна $0$. В правой части он входит в состав соли $\text{Zn(NO}_3\text{)}_2$, где его степень окисления равна $+2$.
Азот в азотной кислоте $\text{HNO}_3$ имеет степень окисления $+5$. В продуктах реакции азот входит в состав оксида азота(I) $\text{N}_2\text{O}$, где его степень окисления равна $+1$.

Шаг 2. Составим уравнения электронного баланса.
Цинк отдает электроны (окисляется):
$\text{Zn}^0 - 2\bar{e} \rightarrow \text{Zn}^{+2}$ (процесс окисления)
Азот принимает электроны (восстанавливается). Учитываем, что в молекуле $\text{N}_2\text{O}$ два атома азота:
$2\text{N}^{+5} + 8\bar{e} \rightarrow 2\text{N}^{+1}$ (процесс восстановления)

Шаг 3. Находим наименьшее общее кратное и коэффициенты.
Наименьшее общее кратное для количества отданных и принятых электронов ($2$ и $8$) равно $8$.
Делим $8$ на количество электронов в каждом процессе:
Для $\text{Zn}$: $8 / 2 = 4$
Для $\text{N}$: $8 / 8 = 1$

Шаг 4. Расставляем коэффициенты в уравнении.
Ставим коэффициент $4$ перед цинком и его солью:
$4\text{Zn} + \dots \rightarrow 4\text{Zn(NO}_3\text{)}_2 + \dots$
Перед $\text{N}_2\text{O}$ коэффициент $1$ (не пишется). Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части: в $4\text{Zn(NO}_3\text{)}_2$ содержится $4 \times 2 = 8$ атомов азота, и еще $2$ атома в $\text{N}_2\text{O}$. Итого $10$ атомов азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент $10$.
Уравняем водород: слева $10$ атомов $\text{H}$, значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент $5$.
Проверим кислород: слева $10 \times 3 = 30$. Справа $4 \times 6 + 1 + 5 = 30$. Всё верно.

Итоговое уравнение:
$4\text{Zn} + 10\text{HNO}_3 = 4\text{Zn(NO}_3\text{)}_2 + \text{N}_2\text{O} + 5\text{H}_2\text{O}$

Шаг 5. Укажем окислитель и восстановитель.
Восстановитель — $\text{Zn}$ (или $\text{Zn}^0$) за счет повышения степени окисления.
Окислитель — $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$) за счет понижения степени окисления.

Ответ: 4Zn + 10HNO₃ = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O; Zn — восстановитель, HNO₃ (N⁺⁵) — окислитель.

Источник: ФИПИ