Номер 6, страница 17, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

6. Составьте электронный баланс для уравнения производства аммиака.

6. Решение

Процесс производства аммиака (процесс Габера-Боша) заключается во взаимодействии азота и водорода. Схема реакции выглядит так:

$N_2 + H_2 \rightarrow NH_3$

Чтобы расставить коэффициенты в этом уравнении, воспользуемся методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления атомов в реагентах и продуктах. Азот ($N_2$) и водород ($H_2$) являются простыми веществами, поэтому их степени окисления равны 0. В молекуле аммиака ($NH_3$) водород имеет степень окисления +1, а азот, соответственно, -3.

$N_2^0 + H_2^0 \rightarrow N^{-3}H_3^{+1}$

2. Выпишем элементы, которые изменили свою степень окисления, и составим для них полуреакции окисления и восстановления.

Азот изменил степень окисления с 0 до -3. Каждый атом азота принял по 3 электрона. Так как в молекуле $N_2$ два атома, всего было принято 6 электронов. Принятие электронов – это процесс восстановления. Вещество, принимающее электроны, является окислителем.

Водород изменил степень окисления с 0 до +1. Каждый атом водорода отдал 1 электрон. Так как в молекуле $H_2$ два атома, всего было отдано 2 электрона. Отдача электронов – это процесс окисления. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем.

3. Составим схему электронного баланса. Число отданных электронов должно быть равно числу принятых. Для этого найдем наименьшее общее кратное (НОК) для чисел 6 и 2. НОК(6, 2) = 6.

Разделим НОК на число электронов в каждой полуреакции, чтобы найти коэффициенты:

Для азота: $6 / 6 = 1$

Для водорода: $6 / 2 = 3$

Схема баланса:

$ \begin{array}{l|l} N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3} & 1 \text{ (восстановление, } N_2 \text{ - окислитель)} \\ \hline H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} & 3 \text{ (окисление, } H_2 \text{ - восстановитель)} \end{array} $

4. Полученные множители (1 и 3) являются коэффициентами в уравнении реакции. Поставим их перед соответствующими веществами:

$1 \cdot N_2 + 3 \cdot H_2 \rightarrow NH_3$

5. Теперь уравняем количество атомов в правой части. Слева у нас 2 атома азота и $3 \times 2 = 6$ атомов водорода. Чтобы справа было столько же, нужно поставить коэффициент 2 перед $NH_3$.

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

Проверим: слева 2 N и 6 H, справа $2 \times 1 = 2$ N и $2 \times 3 = 6$ H. Баланс соблюден.

Ответ:

Электронный баланс для реакции производства аммиака:

$ \begin{array}{l|l} N_2^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{-3} & 1 \text{ (процесс восстановления, } N_2 \text{ - окислитель)} \\ \hline H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} & 3 \text{ (процесс окисления, } H_2 \text{ - восстановитель)} \end{array} $

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$N_2 + 3H_2 = 2NH_3$