Задание №20 — Химические реакции

Решение.

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

1. Определим степени окисления элементов, которые меняют их в ходе реакции:
В азотной кислоте $\text{H}\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3$ азот имеет степень окисления $+5$.
В гидроксиде железа(II) $\overset{+2}{\text{Fe}}(\text{OH})_2$ железо имеет степень окисления $+2$.
В нитрате железа(III) $\overset{+3}{\text{Fe}}(\text{NO}_3)_3$ железо переходит в степень окисления $+3$.
В оксиде азота(II) $\overset{+2}{\text{N}}\text{O}$ азот переходит в степень окисления $+2$.

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

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа переданных электронов (это 3) и определим основные коэффициенты:
Для железа: $3 : 1 = 3$
Для азота: $3 : 3 = 1$

4. Перенесём полученные коэффициенты в уравнение реакции:
Поставим коэффициент 3 перед соединениями железа:
$\text{HNO}_3 + 3\text{Fe}(\text{OH})_2 \rightarrow 3\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}$

5. Подсчитаем общее количество атомов азота в правой части уравнения:
В $3\text{Fe}(\text{NO}_3)_3$ содержится $3 \times 3 = 9$ атомов азота, и ещё 1 атом в $\text{NO}$. Итого 10 атомов азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент 10:
$10\text{HNO}_3 + 3\text{Fe}(\text{OH})_2 \rightarrow 3\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}$

6. Уравняем водород:
Слева: 10 атомов в $\text{HNO}_3$ и $3 \times 2 = 6$ атомов в $\text{Fe}(\text{OH})_2$, всего 16 атомов.
Чтобы справа было 16 атомов водорода, перед $\text{H}_2\text{O}$ нужно поставить коэффициент 8 ($16 : 2 = 8$).

7. Проверим кислород:
Слева: $10 \times 3 + 3 \times 2 = 36$.
Справа: $3 \times 9 + 1 + 8 = 36$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$10\text{HNO}_3 + 3\text{Fe}(\text{OH})_2 = 3\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + 8\text{H}_2\text{O}$

8. Укажем окислитель и восстановитель:
Железо в степени окисления $+2$ (или $\text{Fe}(\text{OH})_2$) является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ (или $\text{HNO}_3$) является окислителем.

Ответ:
$10\text{HNO}_3 + 3\text{Fe}(\text{OH})_2 = 3\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + 8\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{Fe}^{+2}$ (или $\text{Fe}(\text{OH})_2$)
Окислитель: $\text{N}^{+5}$ (или $\text{HNO}_3$)

Источник: ФИПИ