Задание №20 — Химические реакции

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