Задание №20 — Химические реакции

#67073Задание №20ФИПИ

ОВР. Электронный баланс

Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты
в схеме реакции

HNO₃+ Al → Al(NO₃)₃ + N₂O + 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, воспользуемся методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В азотной кислоте $\text{H}\text{N}^{+5}\text{O}_3$ азот имеет степень окисления $+5$ .
В простом веществе алюминий $\text{Al}^0$ имеет степень окисления $0$ .
В нитрате алюминия $\text{Al}^{+3}(\text{NO}_3)_3$ алюминий переходит в степень окисления $+3$ .
В оксиде азота(I) $\text{N}^{+1}_2\text{O}$ азот имеет степень окисления $+1$ .

2. Составим электронный баланс:
Алюминий отдаёт электроны (окисляется):
$\text{Al}^0 - 3\bar{e} \rightarrow \text{Al}^{+3}$ (процесс окисления)
Азот принимает электроны (восстанавливается). Учитываем, что в молекуле $\text{N}_2\text{O}$ два атома азота:
$2\text{N}^{+5} + 8\bar{e} \rightarrow 2\text{N}^{+1}$ (процесс восстановления)

3. Найдём наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов:
НОК для $3$ и $8$ равно $24$ .
Коэффициент для алюминия: $24 : 3 = 8$ .
Коэффициент для азота (перед $\text{N}_2\text{O}$ ): $24 : 8 = 3$ .

4. Перенесём коэффициенты в уравнение и уравняем остальные элементы:
Ставим $8$ перед $\text{Al}$ и $\text{Al}(\text{NO}_3)_3$ .
Ставим $3$ перед $\text{N}_2\text{O}$ .
Теперь посчитаем общее количество атомов азота в правой части: в $8\text{Al}(\text{NO}_3)_3$ содержится $8 \times 3 = 24$ атома азота, а в $3\text{N}_2\text{O}$ содержится $3 \times 2 = 6$ атомов. Итого $24 + 6 = 30$ атомов азота. Значит, перед $\text{HNO}_3$ ставим коэффициент $30$ .
Уравняем водород: слева $30$ атомов $\text{H}$ , значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ ставим $15$ (так как $15 \times 2 = 30$ ).
Проверим кислород: слева $30 \times 3 = 90$ . Справа $8 \times 9 + 3 \times 1 + 15 = 72 + 3 + 15 = 90$ . Всё верно.

Итоговое уравнение:
$30\text{HNO}_3 + 8\text{Al} = 8\text{Al}(\text{NO}_3)_3 + 3\text{N}_2\text{O} + 15\text{H}_2\text{O}$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Алюминий $\text{Al}$ (или $\text{Al}^0$ ) является восстановителем.
Азотная кислота $\text{HNO}_3$ (или азот в степени окисления $\text{N}^{+5}$ ) является окислителем.

Ответ: 30HNO₃ + 8Al = 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O; Al — восстановитель, HNO₃ (N⁺⁵) — окислитель.

Источник: ФИПИ