Номер 2, страница 345 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

2. Напишите уравнение реакции окисления глюкозы разбавленной азотной кислотой, считая, что последняя восстанавливается до NO.

Решение

Реакция окисления глюкозы ($C_6H_{12}O_6$) разбавленной азотной кислотой ($HNO_3$) является окислительно-восстановительной. Глюкоза выступает в роли восстановителя, а азотная кислота – в роли окислителя.

Глюкоза, как альдоза, содержит альдегидную группу ($-CHO$) и пять гидроксильных групп, одна из которых является первичной ($-CH_2OH$). При действии сильного окислителя, такого как азотная кислота, окислению подвергаются и альдегидная группа, и первичная спиртовая группа. Обе они превращаются в карбоксильные группы ($-COOH$). В результате из глюкозы образуется глюкаровая (сахарная) кислота, $HOOC-(CHOH)_4-COOH$ (брутто-формула $C_6H_{10}O_8$).

По условию, азотная кислота восстанавливается до оксида азота(II) ($NO$).

Для составления уравнения реакции используем метод электронного баланса.

1. Определим, какие атомы изменяют свою степень окисления.
– В молекуле глюкозы окисляются два атома углерода: атом углерода альдегидной группы ($C^{+1}$) и атом углерода первичной спиртовой группы ($C^{-1}$). Оба окисляются до степени окисления $C^{+3}$ в составе карбоксильных групп. Суммарно молекула глюкозы отдает $ (3-1) + (3-(-1)) = 2 + 4 = 6$ электронов.
– В азотной кислоте ($HNO_3$) азот имеет степень окисления $+5$ и восстанавливается до $+2$ в оксиде азота(II) ($NO$), принимая 3 электрона.

2. Составим схему электронного баланса, чтобы найти коэффициенты. Наименьшее общее кратное для чисел 6 и 3 равно 6.
$ \begin{array}{c|c|l} C_6H_{12}O_6 - 6e^- \rightarrow C_6H_{10}O_8 & 1 & \text{окисление (восстановитель)} \\ N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} & 2 & \text{восстановление (окислитель)} \end{array} $

Из баланса следует, что на 1 молекулу глюкозы должно приходиться 2 молекулы азотной кислоты. Запишем предварительное уравнение:
$C_6H_{12}O_6 + 2HNO_3 \rightarrow C_6H_{10}O_8 + 2NO + H_2O$

3. Уравняем число атомов водорода и кислорода, подобрав коэффициент для воды ($H_2O$).
– Атомы H слева: $12 + 2 = 14$. Справа в продуктах (кроме воды) $10$ атомов Н. Необходимо $14 - 10 = 4$ атома H, что соответствует 2 молекулам воды. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.
– Проверим по кислороду. Слева: $6 + 2 \cdot 3 = 12$. Справа: $8$ (в кислоте) $+ 2 \cdot 1$ (в NO) $+ 2 \cdot 1$ (в $H_2O$) $= 12$.
Баланс соблюден.

Ответ: $C_6H_{12}O_6 + 2HNO_3 \rightarrow C_6H_{10}O_8 + 2NO \uparrow + 2H_2O$