Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые меняют их в ходе реакции.
В оксиде азота $\text{NO}_2$ степень окисления азота равна $+4$, так как у кислорода $-2$.
В молекулярном кислороде $\text{O}_2$ степень окисления равна $0$, так как это простое вещество.
В нитрате калия $\text{KNO}_3$ степень окисления азота равна $+5$, а кислорода $-2$.
В воде $\text{H}_2\text{O}$ степень окисления кислорода $-2$.

2. Выпишем элементы, изменившие степени окисления, и составим электронный баланс:
$\text{N}^{+4} - 1\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+5}$ (азот отдаёт 1 электрон, это процесс окисления)
$\text{O}_2^0 + 4\bar{e} \rightarrow 2\text{O}^{-2}$ (молекула кислорода принимает 4 электрона, это процесс восстановления)

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:
Ставим коэффициент 4 перед азотсодержащими веществами и 1 перед кислородом:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + \text{KOH} \rightarrow 4\text{KNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

5. Уравняем остальные элементы.
Справа 4 атома калия ($4\text{KNO}_3$), значит, слева перед $\text{KOH}$ ставим коэффициент 4:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 4\text{KOH} \rightarrow 4\text{KNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$
Теперь проверим водород: слева 4 атома ($4\text{KOH}$), справа 2 атома ($\text{H}_2\text{O}$). Чтобы стало 4, ставим перед водой коэффициент 2:
$4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 4\text{KOH} = 4\text{KNO}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$
Проверим кислород: слева $4 \cdot 2 + 2 + 4 \cdot 1 = 14$; справа $4 \cdot 3 + 2 \cdot 1 = 14$. Уравнение составлено верно.

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

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

Источник: ФИПИ