Номер 12, страница 93 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Примените свои знания. Параграф 16. Металлы. Глава III. Вещества и их свойства - номер 12, страница 93.

Условие.

12. Расставьте коэффициенты в схеме реакции, используя метод электронного баланса:

$Ca + HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + N_2O + H_2O$

Какой ион проявляет в этой реакции окислительные свойства?

Решение.

Решение 2.

Расставьте коэффициенты в схеме реакции, используя метод электронного баланса:

Решение:

1. Для начала определим степени окисления каждого элемента в реагентах и продуктах реакции, чтобы найти, какие элементы изменяют свою степень окисления.
$ \stackrel{0}{Ca} + H\stackrel{+1}{N}\stackrel{+5}{O_3}\stackrel{-2}{} \rightarrow \stackrel{+2}{Ca}( \stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O_3})_2 + \stackrel{+1}{N}_2\stackrel{-2}{O} + H_2\stackrel{+1}{}\stackrel{-2}{O} $

2. Видно, что степени окисления изменили кальций ($Ca$) и азот ($N$). Кальций окисляется (отдает электроны), а азот восстанавливается (принимает электроны). Составим полуреакции окисления и восстановления.
Процесс окисления: $ \stackrel{0}{Ca} \rightarrow \stackrel{+2}{Ca} + 2e^- $
Процесс восстановления: $ 2\stackrel{+5}{N} + 8e^- \rightarrow \stackrel{+1}{N}_2 $
(Примечание: в продуктах образуется молекула $N_2O$, поэтому в полуреакции восстановления мы удваиваем атом азота. Один атом азота $N^{+5}$ принимает 4 электрона, чтобы стать $N^{+1}$, соответственно, два атома принимают 8 электронов).

3. Теперь составим электронный баланс. Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Найдём наименьшее общее кратное для чисел 2 и 8 — это 8. Домножим полуреакции на соответствующие множители.
$ \stackrel{0}{Ca} - 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Ca} \quad | \cdot 4 $ (восстановитель)
$ 2\stackrel{+5}{N} + 8e^- \rightarrow \stackrel{+1}{N}_2 \quad | \cdot 1 $ (окислитель)

4. Коэффициенты из электронного баланса (4 и 1) ставим в уравнение реакции. Коэффициент 4 относится к кальцию, а 1 — к продукту восстановления азота ($N_2O$).
$ 4Ca + HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + 1N_2O + H_2O $

5. Далее уравниваем остальные атомы, проверяя их количество в левой и правой частях уравнения.
Азот (N): Справа в $4Ca(NO_3)_2$ находится $4 \times 2 = 8$ атомов азота, и в $N_2O$ еще 2 атома. Всего $8 + 2 = 10$ атомов. Значит, слева перед $HNO_3$ ставим коэффициент 10.
$ 4Ca + 10HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + N_2O + H_2O $
Водород (H): Слева в $10HNO_3$ находится 10 атомов водорода. Чтобы справа тоже было 10, ставим перед $H_2O$ коэффициент 5.
$ 4Ca + 10HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + N_2O + 5H_2O $

6. В конце делаем проверку по кислороду (O).
Слева: $10 \times 3 = 30$ атомов.
Справа: $4 \times (3 \times 2) + 1 + 5 = 24 + 1 + 5 = 30$ атомов.
Количество атомов кислорода слева и справа равно, значит, коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $4Ca + 10HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + N_2O + 5H_2O$.

Какой ион проявляет в этой реакции окислительные свойства?

Решение:

Окислителем является частица (атом, ион или молекула), которая принимает электроны в ходе реакции, при этом понижая свою степень окисления.
В данной реакции атом азота $N$ понижает степень окисления с +5 до +1. Следовательно, окислителем является азот в степени окисления +5.
Этот атом входит в состав азотной кислоты ($HNO_3$). В водном растворе азотная кислота как сильный электролит диссоциирует на ионы: $HNO_3 \rightleftharpoons H^+ + NO_3^-$.
Атом азота $N^{+5}$ является частью нитрат-иона $NO_3^-$. Таким образом, окислительные свойства проявляет нитрат-ион.

Ответ: Окислительные свойства в этой реакции проявляет нитрат-ион ($NO_3^-$).