Номер 7, страница 43, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. Допишите схемы реакций и составьте уравнения, используя метод электрон-ного баланса:

а) $Fe + HNO_{3\text{(разб)}} \rightarrow$

б) $Fe + HNO_{3\text{(конц)}} \rightarrow$

a) Fe + HNO_3(разб.) →

Решение:

При взаимодействии железа с разбавленной азотной кислотой образуется нитрат железа(III), оксид азота(II) и вода. Железо является восстановителем, а азот в составе азотной кислоты — окислителем.

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

$\overset{0}{Fe} + H\overset{+5}{N}O_{3} \rightarrow \overset{+3}{Fe}(NO_{3})_{3} + \overset{+2}{N}o + H_{2}O$

Составим схему электронного баланса, чтобы определить коэффициенты:

$Fe^{0} - 3e^{-} \rightarrow Fe^{+3} \quad | 1 \quad$ (процесс окисления, Fe - восстановитель)

$N^{+5} + 3e^{-} \rightarrow N^{+2} \quad | 1 \quad$ (процесс восстановления, N$^{+5}$ - окислитель)

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому стехиометрические коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1.

Подставим коэффициенты в уравнение:

$1Fe + HNO_{3} \rightarrow 1Fe(NO_{3})_{3} + 1No + H_{2}O$

Теперь уравняем остальные атомы. Начнем с азота. В правой части уравнения 3 атома азота в нитрате железа(III) и 1 атом в оксиде азота(II), всего $3 + 1 = 4$ атома. Следовательно, перед $HNO_{3}$ в левой части ставим коэффициент 4.

$Fe + 4HNO_{3} \rightarrow Fe(NO_{3})_{3} + No + H_{2}O$

Далее уравняем водород. В левой части в $4HNO_{3}$ содержится 4 атома водорода. Чтобы в правой части также было 4 атома водорода, ставим коэффициент 2 перед $H_{2}O$.

$Fe + 4HNO_{3} \rightarrow Fe(NO_{3})_{3} + No + 2H_{2}O$

В последнюю очередь проверяем баланс по кислороду. Слева: $4 \times 3 = 12$ атомов. Справа: $3 \times 3 + 1 + 2 \times 1 = 9 + 1 + 2 = 12$ атомов. Баланс соблюден, уравнение составлено верно.

Ответ: $Fe + 4HNO_{3(разб.)} \rightarrow Fe(NO_{3})_{3} + No \uparrow + 2H_{2}O$.

б) Fe + HNO_3(конц.) →

Решение:

При взаимодействии железа с концентрированной азотной кислотой (обычно при нагревании, так как без нагревания происходит пассивация металла) образуется нитрат железа(III), оксид азота(IV) и вода.

Запишем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{0}{Fe} + H\overset{+5}{N}O_{3} \rightarrow \overset{+3}{Fe}(NO_{3})_{3} + \overset{+4}{N}O_{2} + H_{2}O$

Составим схему электронного баланса:

$Fe^{0} - 3e^{-} \rightarrow Fe^{+3} \quad | 1 \quad$ (процесс окисления, Fe - восстановитель)

$N^{+5} + 1e^{-} \rightarrow N^{+4} \quad | 3 \quad$ (процесс восстановления, N$^{+5}$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для числа отданных (3) и принятых (1) электронов равно 3. Таким образом, множитель для полуреакции окисления - 1, а для полуреакции восстановления - 3. Это означает, что коэффициент перед соединениями, содержащими $Fe^{0}$ и $Fe^{+3}$, будет 1, а перед соединениями, содержащими $N^{+4}$, будет 3.

Подставим эти коэффициенты в уравнение:

$1Fe + HNO_{3} \rightarrow 1Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2} + H_{2}O$

Теперь уравняем атомы азота. В правой части 3 атома азота в $Fe(NO_{3})_{3}$ и 3 атома в $3NO_{2}$, всего $3 + 3 = 6$ атомов. Следовательно, перед $HNO_{3}$ в левой части ставим коэффициент 6.

$Fe + 6HNO_{3} \rightarrow Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2} + H_{2}O$

Уравняем атомы водорода. В левой части 6 атомов водорода в $6HNO_{3}$. Для баланса ставим коэффициент 3 перед $H_{2}O$ в правой части, чтобы получить $3 \times 2 = 6$ атомов водорода.

$Fe + 6HNO_{3} \rightarrow Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2} + 3H_{2}O$

Проверяем баланс по кислороду. Слева: $6 \times 3 = 18$ атомов. Справа: $3 \times 3 + 3 \times 2 + 3 \times 1 = 9 + 6 + 3 = 18$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Fe + 6HNO_{3(конц.)} \xrightarrow{t} Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2} \uparrow + 3H_{2}O$.