Задание №20 — Химические реакции

#66925Задание №20ФИПИ

ОВР. Электронный баланс

Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты
в схеме реакции

HNO₃ + Zn → Zn(NO₃)₂ + N₂ + H₂O

Запишите в отдельной(-ых) строчке(-ах) формулы вещества/частицы окислителя и восстановителя. Укажите, какое(-ая) из этих веществ/частиц является окислителем, а какое(-ая) – восстановителем.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

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

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе реакции:
В азотной кислоте $\text{H}\text{N}^{+5}\text{O}_3$ азот имеет степень окисления $+5$ .
Простое вещество цинк $\text{Zn}^0$ имеет степень окисления $0$ .
В нитрате цинка $\text{Zn}^{+2}(\text{NO}_3)_2$ цинк имеет степень окисления $+2$ .
В молекулярном азоте $\text{N}_2^0$ степень окисления азота равна $0$ .

2. Составим электронный баланс:
Цинк отдаёт электроны (окисляется):
$\text{Zn}^0 - 2\bar{e} \rightarrow \text{Zn}^{+2}$ (процесс окисления)
Азот принимает электроны (восстанавливается). Учитываем, что в правой части образуется двухатомная молекула азота $\text{N}_2$ :
$2\text{N}^{+5} + 10\bar{e} \rightarrow \text{N}_2^0$ (процесс восстановления)

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. Это число $10$ .
Для цинка множитель: $10 : 2 = 5$ .
Для азота множитель: $10 : 10 = 1$ .
Запишем это в виде схемы:
$\begin{array}{l|c|r} \text{Zn}^0 - 2\bar{e} \rightarrow \text{Zn}^{+2} & 5 & \text{восстановитель} \\ 2\text{N}^{+5} + 10\bar{e} \rightarrow \text{N}_2^0 & 1 & \text{окислитель} \end{array}$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Ставим $5$ перед цинком и солью цинка:
$5\text{Zn} + \dots \rightarrow 5\text{Zn}(\text{NO}_3)_2 + \text{N}_2 + \dots$
Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части: в $5\text{Zn}(\text{NO}_3)_2$ содержится $5 \times 2 = 10$ атомов азота, плюс $2$ атома в молекуле $\text{N}_2$ . Итого $12$ атомов азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент $12$ .
Уравняем водород: слева $12$ атомов водорода, значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент $6$ ( $12 : 2 = 6$ ).

Итоговое уравнение:
$12\text{HNO}_3 + 5\text{Zn} = 5\text{Zn}(\text{NO}_3)_2 + \text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Цинк в степени окисления $0$ ( $\text{Zn}^0$ ) является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ ( $\text{N}^{+5}$ ) в составе азотной кислоты ( $\text{HNO}_3$ ) является окислителем.

Ответ:
$12\text{HNO}_3 + 5\text{Zn} = 5\text{Zn}(\text{NO}_3)_2 + \text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{Zn}$ (или $\text{Zn}^0$ )
Окислитель: $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$ )

Источник: ФИПИ