Номер 1187, страница 185 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1187. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в схеме окислительно-восстановительной реакции:

$C + HNO_3 \rightarrow CO_2 + NO + H_2O$

Укажите, что является окислителем, а что — восстановителем.

Решение

Для расстановки коэффициентов в уравнении реакции $C + HNO_3 \rightarrow CO_2 + NO + H_2O$ используем метод электронного баланса. Сначала определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \stackrel{0}{C} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+4}{C}O_2 + \stackrel{+2}{N}O + H_2O $

• Углерод (C) изменяет степень окисления с 0 до +4 (окисляется).
• Азот (N) изменяет степень окисления с +5 до +2 (восстанавливается).

Далее составим полуреакции окисления и восстановления:

• Процесс окисления: углерод отдает 4 электрона. $ \stackrel{0}{C} - 4e^- \rightarrow \stackrel{+4}{C} $
• Процесс восстановления: атом азота принимает 3 электрона. $ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \rightarrow \stackrel{+2}{N} $

Чтобы число отданных и принятых электронов было одинаковым, составим электронный баланс. Наименьшее общее кратное для чисел 4 и 3 равно 12. Поэтому умножаем первую полуреакцию на 3, а вторую на 4:

$ \stackrel{0}{C} - 4e^- \rightarrow \stackrel{+4}{C} \quad | \cdot 3 $

$ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \rightarrow \stackrel{+2}{N} \quad | \cdot 4 $

Полученные множители 3 и 4 являются коэффициентами в уравнении реакции. Поставим коэффициент 3 перед веществами, содержащими углерод (C и CO₂), и коэффициент 4 перед веществами, содержащими азот (HNO₃ и NO).

$ 3C + 4HNO_3 \rightarrow 3CO_2 + 4NO + H_2O $

Теперь уравняем количество атомов водорода. Слева в 4 молекулах HNO₃ содержится 4 атома водорода. Чтобы уравнять их количество, справа перед H₂O нужно поставить коэффициент 2:

$ 3C + 4HNO_3 \rightarrow 3CO_2 + 4NO + 2H_2O $

В последнюю очередь проверим баланс атомов кислорода:

• Слева: $4 \cdot 3 = 12$ атомов кислорода.
• Справа: $3 \cdot 2 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 1 = 6 + 4 + 2 = 12$ атомов кислорода.

Баланс достигнут. Коэффициенты расставлены верно.

Определим окислитель и восстановитель:

• Восстановитель – вещество, которое отдает электроны и повышает свою степень окисления. В данной реакции это углерод (C), так как его степень окисления повышается с 0 до +4.
• Окислитель – вещество, которое принимает электроны и понижает свою степень окисления. В данной реакции это азотная кислота (HNO₃), так как азот в ее составе понижает степень окисления с +5 до +2.

Ответ: Итоговое уравнение реакции: $3C + 4HNO_3 \rightarrow 3CO_2 + 4NO + 2H_2O$. Окислителем является азотная кислота (HNO₃), восстановителем – углерод (C).