Задание №20 — Химические реакции

Решение.

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

1. Определим степени окисления:
В нитрите кальция $Ca(N^{+3}O_2)_2$ азот имеет степень окисления $+3$.
В сульфате аммония $(N^{-3}H_4)_2SO_4$ азот имеет степень окисления $-3$.
В продуктах реакции образуется простое вещество — молекулярный азот $N_2^0$, где степень окисления азота равна $0$.
Остальные элементы (кальций, сера, водород и кислород) свои степени окисления не меняют.

2. Составим электронный баланс:
Азот из нитрит-иона принимает электроны (окислитель):
$2N^{+3} + 6e^- \rightarrow N_2^0$ (процесс восстановления)
Азот из иона аммония отдает электроны (восстановитель):
$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ (процесс окисления)

3. Определим основные коэффициенты:
Поскольку число отданных и принятых электронов равно ($6$), дополнительные множители для этих процессов — $1$ и $1$.
$1 | 2N^{+3} + 6e^- \rightarrow N_2^0$
$1 | 2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$

Суммарно в правой части уравнения должно получиться $2$ молекулы азота $N_2$: одна из нитрита и одна из сульфата аммония.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
$Ca(NO_2)_2 + (NH_4)_2SO_4 = 2N_2 + CaSO_4 + 4H_2O$
Проверим количество атомов водорода: слева $8$ (в ионе аммония), справа ставим коэффициент $4$ перед водой ($4 \cdot 2 = 8$).
Проверим кислород: слева $4 + 4 = 8$, справа $4 + 4 = 8$. Уравнение составлено верно.

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления $+3$ (или вещество $Ca(NO_2)_2$) является окислителем.
Азот в степени окисления $-3$ (или вещество $(NH_4)_2SO_4$) является восстановителем.

Ответ: $Ca(NO_2)_2 + (NH_4)_2SO_4 = 2N_2 + CaSO_4 + 4H_2O$;
$N^{+3}$ ($Ca(NO_2)_2$) — окислитель;
$N^{-3}$ ($(NH_4)_2SO_4$) — восстановитель.

Источник: ФИПИ