Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют.
В оксиде азота $\text{NO}_2$ азот имеет степень окисления $+4$, так как кислород равен $-2$.
В молекуле кислорода $\text{O}_2$ степень окисления равна $0$ (простое вещество).
В нитрате натрия $\text{NaNO}_3$ азот имеет степень окисления $+5$, так как натрий $+1$, а три атома кислорода в сумме дают $-6$.
Кислород в составе продуктов ($\text{NaNO}_3$ и $\text{H}_2\text{O}$) имеет степень окисления $-2$.

2. Составим электронный баланс:
$\text{N}^{+4} - 1\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+5}$ (процесс окисления) — азот отдаёт 1 электрон.
$\text{O}_2^0 + 4\bar{e} \rightarrow 2\text{O}^{-2}$ (процесс восстановления) — молекула кислорода принимает 4 электрона.

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. Это число $4$.
Для азота множитель: $4 : 1 = 4$.
Для кислорода множитель: $4 : 4 = 1$.

4. Перенесём полученные коэффициенты в уравнение реакции:
Поставим коэффициент $4$ перед веществами, содержащими азот, и $1$ перед молекулой кислорода:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + \text{NaOH} \rightarrow 4\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

5. Уравняем остальные элементы.
Справа $4$ атома натрия ($4\text{NaNO}_3$), значит, слева перед $\text{NaOH}$ ставим коэффициент $4$:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 4\text{NaOH} \rightarrow 4\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$
Теперь проверим водород: слева $4$ атома в $4\text{NaOH}$, значит, справа перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент $2$:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 4\text{NaOH} = 4\text{NaNO}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$
Проверка по кислороду: слева $4 \cdot 2 + 2 + 4 \cdot 1 = 14$; справа $4 \cdot 3 + 2 \cdot 1 = 14$. Всё верно.

6. Укажем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления $+4$ (в составе $\text{NO}_2$) отдаёт электроны, значит, он является восстановителем.
Кислород в степени окисления $0$ ($\text{O}_2$) принимает электроны, значит, он является окислителем.

Ответ:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 4\text{NaOH} = 4\text{NaNO}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{NO}_2$ (или $\text{N}^{+4}$)
Окислитель: $\text{O}_2$ (или $\text{O}_2^0$)

Источник: ФИПИ