Номер 7, страница 109 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Используя метод электронного баланса, определите коэффициенты в схеме реакции

$C + HNO_3 \to CO_2 + NO_2 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Для того чтобы определить коэффициенты в уравнении реакции, воспользуемся методом электронного баланса. Сначала определим степени окисления элементов в каждом веществе до и после реакции.

$C^0 + H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow C^{+4}O_2^{-2} + N^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Из схемы видно, что степени окисления изменили углерод и азот:

• Углерод ($C$) повысил свою степень окисления с 0 до +4. Он отдал 4 электрона, следовательно, он является восстановителем и подвергается окислению.
• Азот ($N$) понизил свою степень окисления с +5 до +4. Он принял 1 электрон, следовательно, азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем, а азот в ее составе подвергается восстановлению.

Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления (электронный баланс):

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1 | процесс окисления
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 4 | процесс восстановления

Число отданных электронов должно быть равно числу принятых. Наименьшее общее кратное для 4 и 1 равно 4. Поэтому первую полуреакцию умножаем на 1, а вторую на 4. Эти числа и будут коэффициентами для соответствующих веществ в уравнении реакции.

Ставим коэффициент 1 перед C и CO₂ (коэффициент 1 обычно не пишется). Ставим коэффициент 4 перед HNO₃ и NO₂:

$C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов водорода и кислорода. Слева 4 атома водорода (в 4HNO₃), значит, справа перед H₂O нужно поставить коэффициент 2, чтобы также получить 4 атома водорода ($2 \times 2 = 4$).

$C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

Проверим баланс атомов кислорода:

• Слева: $4 \times 3 = 12$ атомов O.
• Справа: $2$ (в $CO_2$) $+ 4 \times 2$ (в $NO_2$) $+ 2 \times 1$ (в $H_2O$) $= 2 + 8 + 2 = 12$ атомов O.

Количество атомов всех элементов слева и справа одинаково, следовательно, коэффициенты расставлены верно.

Определим окислитель и восстановитель:

• Восстановитель: $C^0$ (углерод), так как он отдает электроны и его степень окисления повышается.
• Окислитель: $HNO_3$ (азотная кислота, за счет $N^{+5}$), так как она принимает электроны и степень окисления азота понижается.

Ответ: Уравнение реакции с расставленными коэффициентами: $C + 4HNO_3 = CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$. Окислитель — $HNO_3$ (азот в степени окисления +5), восстановитель — $C$ (углерод в степени окисления 0).