Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, сначала определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе реакции.

1. Определим степени окисления элементов:
В аммиаке $\text{NH}_3$ водород имеет степень окисления $+1$, следовательно, азот имеет степень окисления $-3$.
В оксиде меди(II) $\text{CuO}$ кислород имеет степень окисления $-2$, значит, медь имеет степень окисления $+2$.
В продуктах реакции: медь $\text{Cu}$ и азот $\text{N}_2$ являются простыми веществами, их степени окисления равны $0$. В воде $\text{H}_2\text{O}$ степени окисления водорода $+1$ и кислорода $-2$.
Запишем схему с указанием степеней окисления:
$\text{N}^{-3}\text{H}_3 + \text{Cu}^{+2}\text{O} \rightarrow \text{Cu}^0 + \text{N}_2^0 + \text{H}_2\text{O}$

2. Составим электронный баланс:
Азот повышает степень окисления с $-3$ до $0$. Так как в правой части молекула азота двухатомная ($\text{N}_2$), возьмём два атома азота слева:
$2\text{N}^{-3} - 6\bar{e} \rightarrow \text{N}_2^0$ (процесс окисления)
Медь понижает степень окисления с $+2$ до $0$:
$\text{Cu}^{+2} + 2\bar{e} \rightarrow \text{Cu}^0$ (процесс восстановления)

3. Найдём наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов:
Для $6$ и $2$ наименьшее общее кратное равно $6$.
Коэффициент для азота: $6 : 6 = 1$
Коэффициент для меди: $6 : 2 = 3$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Перед $\text{CuO}$ и $\text{Cu}$ ставим коэффициент $3$.
Перед $\text{NH}_3$ ставим коэффициент $2$ (так как в балансе участвовало два атома азота).
Перед $\text{N}_2$ коэффициент $1$ (не пишется).
Уравняем водород: слева $2 \times 3 = 6$ атомов водорода, значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент $3$.
Проверяем кислород: слева $3$ атома в $3\text{CuO}$, справа $3$ атома в $3\text{H}_2\text{O}$. Всё верно.

Итоговое уравнение:
$2\text{NH}_3 + 3\text{CuO} = 3\text{Cu} + \text{N}_2 + 3\text{H}_2\text{O}$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления $-3$ (или аммиак $\text{NH}_3$) отдаёт электроны, значит, он является восстановителем.
Медь в степени окисления $+2$ (или оксид меди(II) $\text{CuO}$) принимает электроны, значит, она является окислителем.

Ответ:
$2\text{NH}_3 + 3\text{CuO} = 3\text{Cu} + \text{N}_2 + 3\text{H}_2\text{O}$
$\text{N}^{-3}$ (или $\text{NH}_3$) — восстановитель;
$\text{Cu}^{+2}$ (или $\text{CuO}$) — окислитель.

Источник: ФИПИ