Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, сначала определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе химической реакции.

1. Определим степени окисления:
В левой части уравнения:
Углерод $\text{C}$ — простое вещество, его степень окисления равна $0$.
В нитрате калия $\text{KNO}_3$: у калия $+1$, у кислорода $-2$. Сумма степеней окисления равна нулю: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда степень окисления азота $\text{N}$ равна $+5$.
В правой части уравнения:
В карбонате калия $\text{K}_2\text{CO}_3$: у калия $+1$, у кислорода $-2$. Сумма: $2 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, степень окисления углерода $\text{C}$ равна $+4$.
В углекислом газе $\text{CO}_2$: у кислорода $-2$, значит, у углерода $\text{C}$ степень окисления $+4$.
В молекулярном азоте $\text{N}_2$ — простое вещество, степень окисления равна $0$.

2. Составим электронный баланс:
Углерод отдает электроны (окисляется):
$\text{C}^0 - 4\bar{e} \rightarrow \text{C}^{+4}$
Азот принимает электроны (восстанавливается). Учитываем, что в правой части образуется двухатомная молекула $\text{N}_2$:
$2\text{N}^{+5} + 10\bar{e} \rightarrow \text{N}_2^0$

3. Находим наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов. Для $4$ и $10$ это $20$.
Коэффициент для углерода: $20 : 4 = 5$.
Коэффициент для азота: $20 : 10 = 2$ (перед парой атомов азота).

4. Переносим коэффициенты в уравнение:
Ставим $5$ перед углеродом $\text{C}$.
Ставим $4$ перед $\text{KNO}_3$ (так как нам нужно $2 \cdot 2 = 4$ атома азота).
Ставим $2$ перед $\text{N}_2$.
Теперь уравниваем калий: слева $4$ атома $\text{K}$, значит, перед $\text{K}_2\text{CO}_3$ ставим коэффициент $2$.
Считаем углерод: всего справа $2$ атома в $\text{K}_2\text{CO}_3$ и $3$ атома должно быть в $\text{CO}_2$, чтобы в сумме получилось $5$. Ставим $3$ перед $\text{CO}_2$.
Проверяем кислород: слева $4 \cdot 3 = 12$. Справа $2 \cdot 3 + 3 \cdot 2 = 6 + 6 = 12$. Кислород сошелся.

Итоговое уравнение:
$5\text{C} + 4\text{KNO}_3 = 2\text{K}_2\text{CO}_3 + 3\text{CO}_2 + 2\text{N}_2$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Углерод в степени окисления $0$ ($\text{C}$) является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ (или нитрат калия $\text{KNO}_3$) является окислителем.

Ответ:
$5\text{C} + 4\text{KNO}_3 = 2\text{K}_2\text{CO}_3 + 3\text{CO}_2 + 2\text{N}_2$
Восстановитель: $\text{C}$ (или $\text{C}^0$)
Окислитель: $\text{KNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$)

Источник: ФИПИ