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 реагентах и продуктах:
В нитрате натрия $Na\overset{+1}{N}\overset{+5}{O}_3^{-2}$ азот имеет степень окисления $+5$.
В сульфате аммония $(\overset{-3}{N}H_4^{+1})_2SO_4$ азот имеет степень окисления $-3$.
В оксиде азота(I) $\overset{+1}{N}_2\overset{-2}{O}$ азот имеет степень окисления $+1$.

2. Составим электронный баланс, учитывая переходы электронов:
Азот из нитрата (окислитель) принимает электроны:
$\overset{+5}{N} + 4\bar{e} \rightarrow \overset{+1}{N}$
Азот из иона аммония (восстановитель) отдает электроны:
$\overset{-3}{N} - 4\bar{e} \rightarrow \overset{+1}{N}$

3. Находим наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов. Оно равно $4$.
Коэффициенты перед атомами азота в балансе:
$\overset{+5}{N} + 4\bar{e} \rightarrow \overset{+1}{N}$ | 1 (процесс восстановления)
$\overset{-3}{N} - 4\bar{e} \rightarrow \overset{+1}{N}$ | 1 (процесс окисления)

4. Переносим коэффициенты в уравнение реакции. Поскольку в молекуле $N_2O$ уже содержатся два атома азота (один пришел от нитрата, другой от аммония), перед $N_2O$ суммарно должен получиться коэффициент, соответствующий балансу.
Учтем, что в $(NH_4)_2SO_4$ два атома азота, поэтому для баланса нам понадобится 2 молекулы $NaNO_3$.
Уравнение принимает вид:
$2NaNO_3 + (NH_4)_2SO_4 \rightarrow 2N_2O + 4H_2O + Na_2SO_4$

5. Проверим количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:
Натрий ($Na$): слева 2, справа 2.
Азот ($N$): слева $2 + 2 = 4$, справа $2 \times 2 = 4$.
Сера ($S$): слева 1, справа 1.
Водород ($H$): слева $4 \times 2 = 8$, справа $4 \times 2 = 8$.
Кислород ($O$): слева $2 \times 3 + 4 = 10$, справа $2 + 4 + 4 = 10$.
Коэффициенты расставлены верно.

6. Укажем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления $+5$ (в составе $NaNO_3$) является окислителем.
Азот в степени окисления $-3$ (в составе $(NH_4)_2SO_4$) является восстановителем.

Ответ:
$2NaNO_3 + (NH_4)_2SO_4 = 2N_2O + 4H_2O + Na_2SO_4$
Окислитель: $NaNO_3$ (или $\overset{+5}{N}$)
Восстановитель: $(NH_4)_2SO_4$ (или $\overset{-3}{N}$)

Источник: ФИПИ