Номер 7, страница 381 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 52. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - номер 7, страница 381.

Условие.

7. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:

$Ca + HNO_3 \text{ (оч. разб.)} \rightarrow \dots + NH_4NO_3 + \dots$

Определите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции

Решение

Сначала запишем схему реакции. Взаимодействие активных металлов, таких как кальций ($\text{Ca}$), с очень разбавленной азотной кислотой ($HNO_3$) приводит к образованию соли металла (нитрата кальция, $Ca(NO_3)_2$), продукта глубокого восстановления азота (нитрата аммония, $NH_4NO_3$) и воды ($H_2O$).

Схема реакции: $Ca + HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$\stackrel{0}{Ca} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+2}{Ca}(NO_3)_2 + \stackrel{-3}{N}H_4\stackrel{+5}{N}O_3 + H_2O$

Составим полуреакции окисления (отдача электронов) и восстановления (принятие электронов):

$Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{+2}$
$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$

Чтобы число отданных и принятых электронов было равным, найдем наименьшее общее кратное для 2 и 8, которое равно 8. Умножим первую полуреакцию на 4, а вторую на 1:

$Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{+2}$ | 4
$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ | 1

Полученные коэффициенты 4 и 1 ставим перед соответствующими веществами в уравнении реакции. Коэффициент 4 ставится перед $\text{Ca}$ и $Ca(NO_3)_2$. Коэффициент 1 ставится перед продуктом, содержащим азот в степени окисления -3, то есть перед $NH_4NO_3$.

$4Ca + HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

Далее уравниваем количество атомов остальных элементов. Уравняем азот ($\text{N}$). В правой части: $4 \cdot 2 + 2 = 10$ атомов $\text{N}$. Следовательно, в левой части перед $HNO_3$ ставим коэффициент 10.

$4Ca + 10HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

Теперь уравняем водород ($\text{H}$). В левой части 10 атомов $\text{H}$. В правой части 4 атома $\text{H}$ в $NH_4NO_3$. Значит, в $H_2O$ должно быть $10 - 4 = 6$ атомов $\text{H}$. Ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

$4Ca + 10HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

Проверяем по кислороду ($\text{O}$). Слева: $10 \cdot 3 = 30$. Справа: $4 \cdot (2 \cdot 3) + 3 + 3 = 24 + 3 + 3 = 30$. Атомы кислорода уравнены. Уравнение составлено верно.

Ответ: $4Ca + 10HNO_3 \text{(оч. разб.)} \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$.

Определите окислитель и восстановитель

Решение

Окислитель — это частица (атом, ион или молекула), которая принимает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом степень окисления окислителя понижается. Восстановитель — это частица, которая отдает электроны, при этом его степень окисления повышается.

В данной реакции кальций $Ca^0$ отдает электроны и переходит в $Ca^{+2}$. Его степень окисления повышается, следовательно, $\text{Ca}$ является восстановителем. Азот $N^{+5}$ в составе азотной кислоты $HNO_3$ принимает электроны и переходит в $N^{-3}$. Его степень окисления понижается, следовательно, $HNO_3$ (за счет $N^{+5}$) является окислителем.

Ответ: Окислитель: азотная кислота ($HNO_3$). Восстановитель: кальций ($\text{Ca}$).