Номер 4, страница 74 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Дополните схему реакции. Расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

$NH_4NO_3 + MnO_2 \to Mn(NO_3)_2 + N_2 + NH_3 + \underline{\hspace{2em}}$

Решение

Для решения задачи необходимо выполнить два шага: сначала дополнить схему реакции, определив недостающий продукт, а затем расставить коэффициенты, используя метод электронного баланса.

1. Дополнение схемы реакции.

В левой части уравнения даны реагенты: нитрат аммония ($NH_4NO_3$) и оксид марганца(IV) ($MnO_2$). В правой части указаны продукты: нитрат марганца(II) ($Mn(NO_3)_2$), азот ($N_2$) и аммиак ($NH_3$).

Проанализируем атомарный состав. В реагентах присутствуют атомы марганца ($Mn$), азота ($N$), водорода ($H$) и кислорода ($O$). В известных продуктах также присутствуют эти атомы. Чтобы уравнение было полным, необходимо учесть все атомы из реагентов. Водород из иона аммония ($NH_4^+$) и кислород из нитрат-иона ($NO_3^−$) и оксида марганца ($MnO_2$) должны образовать еще один продукт. Наиболее вероятным продуктом, состоящим из водорода и кислорода в таких реакциях, является вода ($H_2O$).

Таким образом, полная схема реакции выглядит следующим образом:

$NH_4NO_3 + MnO_2 \rightarrow Mn(NO_3)_2 + N_2 + NH_3 + H_2O$

2. Расстановка коэффициентов методом электронного баланса.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ \overset{-3}{N} \overset{+1}{H_4} \overset{+5}{N} \overset{-2}{O_3} + \overset{+4}{Mn} \overset{-2}{O_2} \rightarrow \overset{+2}{Mn} (\overset{+5}{N} \overset{-2}{O_3})_2 + \overset{0}{N_2} + \overset{-3}{N} \overset{+1}{H_3} + \overset{+1}{H_2} \overset{-2}{O} $

Степени окисления изменяют:

• Марганец, который восстанавливается с $Mn^{+4}$ до $Mn^{+2}$.
• Азот из иона аммония, который окисляется с $N^{-3}$ до $N_2^0$.

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 3 | процесс восстановления, $MnO_2$ – окислитель

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 1 | процесс окисления, $NH_4^+$ – восстановитель

Для баланса электронов умножим первую полуреакцию на 3, а вторую на 1. Это дает нам коэффициенты для веществ, содержащих эти элементы: перед $MnO_2$ и $Mn(NO_3)_2$ ставим коэффициент 3, а перед $N_2$ – коэффициент 1.

$...NH_4NO_3 + 3MnO_2 \rightarrow 3Mn(NO_3)_2 + 1N_2 + ...NH_3 + ...H_2O$

Теперь уравняем остальные элементы:

Азот (N): В правой части уравнения в $3Mn(NO_3)_2$ содержится $3 \cdot 2 = 6$ атомов азота в степени окисления +5. Эти атомы пришли из нитрат-ионов ($NO_3^−$). Значит, в реакцию должно было вступить как минимум 6 нитрат-ионов, а следовательно, 6 молекул $NH_4NO_3$.

Всего в 6 молекулах $NH_4NO_3$ содержится 6 ионов аммония ($NH_4^+$) с азотом в степени окисления -3. Согласно электронному балансу, 2 атома азота $N^{-3}$ окислились до $N_2$. Оставшиеся $6 - 2 = 4$ атома азота $N^{-3}$ должны перейти в аммиак. Следовательно, образуется 4 молекулы $NH_3$.

Подставим найденные коэффициенты:

$6NH_4NO_3 + 3MnO_2 \rightarrow 3Mn(NO_3)_2 + N_2 + 4NH_3 + ...H_2O$

Водород (H): В левой части в $6NH_4NO_3$ содержится $6 \cdot 4 = 24$ атома водорода. В правой части в $4NH_3$ содержится $4 \cdot 3 = 12$ атомов водорода. Оставшиеся $24 - 12 = 12$ атомов водорода входят в состав воды. Для этого требуется 6 молекул $H_2O$.

$6NH_4NO_3 + 3MnO_2 \rightarrow 3Mn(NO_3)_2 + N_2 + 4NH_3 + 6H_2O$

Кислород (O) (для проверки):

Слева: $6 \cdot 3 + 3 \cdot 2 = 18 + 6 = 24$ атома.

Справа: $3 \cdot (3 \cdot 2) + 6 \cdot 1 = 18 + 6 = 24$ атома.

Баланс атомов кислорода соблюдается, следовательно, коэффициенты расставлены верно.

Ответ:

$6NH_4NO_3 + 3MnO_2 \rightarrow 3Mn(NO_3)_2 + N_2 + 4NH_3 + 6H_2O$