Номер 20, страница 24 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

3. Повторение и обобщение материала, изученного в 8 классе. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 20, страница 24.

Условие.

20. Для реакции

$Ca + HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + NH_3 + H_2O$

составьте электронный баланс, расставьте коэффициенты и укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Электронный баланс

Для составления электронного баланса определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции.

В левой части уравнения:

• $Ca$ (простое вещество) имеет степень окисления 0.
• В $HNO_3$: $H$ имеет степень окисления +1, $O$ – -2, следовательно, $N$ имеет степень окисления +5.

В правой части уравнения:

• В $Ca(NO_3)_2$: $Ca$ (металл II группы) имеет степень окисления +2. Азот в нитрат-ионе ($NO_3^-$) сохраняет степень окисления +5.
• В $NH_3$: $H$ имеет степень окисления +1, следовательно, $N$ имеет степень окисления -3.
• В $H_2O$: $H$ – +1, $O$ – -2.

Изменение степеней окисления происходит у кальция (окисляется) и азота (восстанавливается). Составим полуреакции и найдем коэффициенты:

$\begin{array}{c|c l|c} Ca^{0} - 2e^{-} \rightarrow Ca^{+2} & 4 & \text{процесс окисления, Ca – восстановитель} \\ \hline N^{+5} + 8e^{-} \rightarrow N^{-3} & 1 & \text{процесс восстановления, } N^{+5} \text{ (в } HNO_3 \text{) – окислитель} \end{array}$

Ответ: Электронный баланс составлен. Коэффициент для процесса окисления – 4, для процесса восстановления – 1.

Расстановка коэффициентов

Используя найденные в электронном балансе коэффициенты, начинаем расстановку в уравнении реакции.

1. Ставим коэффициент 4 перед $Ca$ и $Ca(NO_3)_2$:
$4Ca + HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_3 + H_2O$

2. Уравниваем количество атомов азота (N). Справа в $4Ca(NO_3)_2$ находится $4 \cdot 2 = 8$ атомов азота, и в $NH_3$ еще 1 атом. Итого $8 + 1 = 9$ атомов азота. Следовательно, перед $HNO_3$ слева ставим коэффициент 9.
$4Ca + 9HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_3 + H_2O$

3. Уравниваем количество атомов водорода (H). Слева в $9HNO_3$ находится 9 атомов водорода. Справа в $NH_3$ их 3. Значит, в $H_2O$ должно быть $9 - 3 = 6$ атомов водорода. Для этого ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.
$4Ca + 9HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_3 + 3H_2O$

4. Проверяем баланс по кислороду (O). Слева: $9 \cdot 3 = 27$ атомов. Справа: в $4Ca(NO_3)_2$ их $4 \cdot 2 \cdot 3 = 24$, и в $3H_2O$ их 3. Итого $24 + 3 = 27$ атомов. Баланс сходится.

Ответ: Уравнение реакции с расставленными коэффициентами: $4Ca + 9HNO_3 \rightarrow 4Ca(NO_3)_2 + NH_3 + 3H_2O$.

Окислитель и восстановитель

В ходе реакции кальций ($Ca$) отдает электроны, повышая свою степень окисления с 0 до +2. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем.

Азот ($N$) в составе азотной кислоты ($HNO_3$) принимает электроны, понижая свою степень окисления с +5 до -3. Вещество, принимающее электроны, является окислителем.

Ответ: Восстановитель – $Ca$ (кальций). Окислитель – $HNO_3$ (азотная кислота), за счет атома азота в степени окисления +5.