Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, воспользуемся методом электронного баланса.

Шаг 1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют.
В левой части уравнения:
В азотной кислоте $\text{HNO}_3$ степень окисления водорода $+1$, кислорода $-2$. Сумма степеней окисления равна нулю, значит, у азота: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +5$.
Медь $\text{Cu}$ — простое вещество, её степень окисления равна $0$.
В правой части уравнения:
В нитрате меди(II) $\text{Cu(NO}_3)_2$ медь имеет степень окисления $+2$.
В оксиде азота(II) $\text{NO}$ степень окисления кислорода $-2$, значит, у азота $+2$.

Шаг 2. Составим электронный баланс.
Выпишем элементы, изменившие степени окисления, и укажем количество отданных и принятых электронов:
Восстановитель: $\text{Cu}^0 - 2\bar{e} \rightarrow \text{Cu}^{+2}$ (процесс окисления)
Окислитель: $\text{N}^{+5} + 3\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+2}$ (процесс восстановления)

Шаг 3. Найдём наименьшее общее кратное (НОК) для числа электронов.
Для чисел 2 и 3 НОК равно 6.
Коэффициент для меди: $6 : 2 = 3$.
Коэффициент для азота (который перешёл в $\text{NO}$): $6 : 3 = 2$.

Шаг 4. Перенесём коэффициенты в уравнение и уравняем остальные элементы.
Поставим $3$ перед $\text{Cu}$ и $\text{Cu(NO}_3)_2$.
Поставим $2$ перед $\text{NO}$.
Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части: в $3\text{Cu(NO}_3)_2$ содержится $3 \cdot 2 = 6$ атомов азота, плюс $2$ атома в $2\text{NO}$. Итого $8$ атомов азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент $8$.
Уравняем водород: слева $8$ атомов $\text{H}$, значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим коэффициент $4$ ($4 \cdot 2 = 8$).
Проверим кислород: слева $8 \cdot 3 = 24$. Справа $3 \cdot 6 + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$8\text{HNO}_3 + 3\text{Cu} = 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$

Шаг 5. Укажем окислитель и восстановитель.
Медь в степени окисления $0$ ($\text{Cu}$) отдаёт электроны, она является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ (в составе $\text{HNO}_3$) принимает электроны, он является окислителем.

Ответ:
$8\text{HNO}_3 + 3\text{Cu} = 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{Cu}$ (или $\text{Cu}^0$)
Окислитель: $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$)

Источник: ФИПИ