Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, проанализируем изменение степеней окисления элементов.

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В азотной кислоте $\text{H}\overset{+1}{\text{N}}\overset{+5}{\text{O}}_3^{-2}$ азот имеет степень окисления $+5$. В оксиде азота $\overset{+2}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}}$ азот имеет степень окисления $+2$.
Простое вещество фосфор $\overset{0}{\text{P}}$ имеет степень окисления $0$. В ортофосфорной кислоте $\text{H}_3^{+1}\overset{+5}{\text{P}}\text{O}_4^{-2}$ фосфор имеет степень окисления $+5$.

2. Составим электронный баланс:
Азот принимает электроны (восстанавливается):
$\text{N}^{+5} + 3\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+2}$ (процесс восстановления)
Фосфор отдает электроны (окисляется):
$\text{P}^{0} - 5\bar{e} \rightarrow \text{P}^{+5}$ (процесс окисления)

3. Находим наименьшее общее кратное для числа переданных электронов (3 и 5), оно равно 15. Определяем коэффициенты:
Для азота: $15 : 3 = 5$
Для фосфора: $15 : 5 = 3$

4. Переносим полученные коэффициенты в уравнение реакции:
Перед веществами, содержащими азот, ставим коэффициент 5, а перед веществами, содержащими фосфор — коэффициент 3:
$5\text{HNO}_3 + 3\text{P} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 5\text{NO} + 3\text{H}_3\text{PO}_4$

5. Проверим число атомов водорода и кислорода в левой и правой частях уравнения:
Слева водорода: $5 \text{ (в } \text{HNO}_3) + 2 \text{ (в } \text{H}_2\text{O}) = 7$.
Справа водорода: $3 \times 3 = 9$.
Чтобы уравнять водород, увеличим количество молекул воды. Нам не хватает 2 атомов водорода слева, значит, добавим еще одну молекулу воды (всего будет 2):
$5\text{HNO}_3 + 3\text{P} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 5\text{NO} + 3\text{H}_3\text{PO}_4$

Проверка по кислороду:
Слева: $5 \times 3 + 2 \times 1 = 15 + 2 = 17$.
Справа: $5 \times 1 + 3 \times 4 = 5 + 12 = 17$.
Кислород уравнен.

6. Укажем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления $+5$ (или азотная кислота $\text{HNO}_3$) является окислителем.
Фосфор в степени окисления $0$ (или простое вещество $\text{P}$) является восстановителем.

Ответ:
$5\text{HNO}_3 + 3\text{P} + 2\text{H}_2\text{O} = 5\text{NO} + 3\text{H}_3\text{PO}_4$
Окислитель: $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$)
Восстановитель: $\text{P}$ (или $\text{P}^{0}$)

Источник: ФИПИ