Задание №20 — Химические реакции

Решение.

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

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В левой части уравнения кальций $\text{Ca}$ — простое вещество, его степень окисления равна $0$. В правой части он входит в состав соли $\text{Ca}(\text{NO}_3)_2$, где его степень окисления $+2$.
Азот в азотной кислоте $\text{HNO}_3$ имеет степень окисления $+5$. В продукте реакции $\text{N}_2\text{O}$ (оксид азота(I)) степень окисления азота равна $+1$.
Запишем это: $\text{Ca}^0$, $\text{N}^{+5}$, $\text{Ca}^{+2}$, $\text{N}^{+1}$.

2. Составим электронный баланс:
Выпишем процессы отдачи и принятия электронов:
Восстановитель: $\text{Ca}^0 - 2\bar{e} \rightarrow \text{Ca}^{+2}$ (процесс окисления)
Окислитель: $2\text{N}^{+5} + 8\bar{e} \rightarrow \text{N}_2^{+1}$ (процесс восстановления)
Примечание: так как в молекуле $\text{N}_2\text{O}$ два атома азота, мы ставим коэффициент 2 перед азотом $+5$.

3. Найдём наименьшее общее кратное (НОК) для числа переданных электронов:
Для 2 и 8 НОК равно 8.
Коэффициент для $\text{Ca}$: $8 : 2 = 4$
Коэффициент для $\text{N}_2$: $8 : 8 = 1$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Ставим 4 перед $\text{Ca}$ и $\text{Ca}(\text{NO}_3)_2$.
Ставим 1 перед $\text{N}_2\text{O}$.
Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части: в 4 молекулах $\text{Ca}(\text{NO}_3)_2$ содержится $4 \times 2 = 8$ атомов азота, плюс 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 ($10 : 2 = 5$).

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

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

Ответ:
$4\text{Ca} + 10\text{HNO}_3 = 4\text{Ca}(\text{NO}_3)_2 + \text{N}_2\text{O} + 5\text{H}_2\text{O}$
$\text{Ca}$ — восстановитель
$\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$) — окислитель

Источник: ФИПИ