Номер 3, страница 243 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции методом электронного баланса:

$Cu + HNO_3(\text{разб}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO\uparrow + H_2O.$

Решение

Для того чтобы расставить коэффициенты в данном уравнении окислительно-восстановительной реакции (ОВР), необходимо использовать метод электронного баланса. Этот метод основан на том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

1. Сначала определим степени окисления каждого элемента в соединениях до и после реакции:

$ \overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3 \rightarrow \overset{+2}{Cu}(\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3)_2 + \overset{+2}{N}\overset{-2}{O} + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} $

Как видно из схемы, в ходе реакции изменяются степени окисления у двух элементов:

Медь ($Cu$) повышает степень окисления с 0 до +2.

Азот ($N$) понижает степень окисления с +5 до +2.

2. Составим уравнения полуреакций окисления (отдача электронов) и восстановления (принятие электронов). Медь является восстановителем, а азот в составе азотной кислоты — окислителем.

Процесс окисления (для меди):

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$

Процесс восстановления (для азота):

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$

3. Теперь составим электронный баланс. Для этого найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов (2 и 3). НОК(2, 3) = 6. Чтобы уравнять число электронов, умножим первую полуреакцию на 3, а вторую на 2.

$ \begin{array}{c|c|l} Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2} & 3 & \text{процесс окисления, восстановитель} \\ N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} & 2 & \text{процесс восстановления, окислитель} \end{array} $

Полученные числа (3 и 2) являются коэффициентами для соответствующих веществ в уравнении реакции.

4. Расставим эти коэффициенты в основной схеме реакции. Ставим 3 перед $Cu$ и $Cu(NO_3)_2$. Ставим 2 перед $NO$.

$3Cu + HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

5. Теперь уравняем остальные атомы. Сначала посчитаем общее количество атомов азота в правой части уравнения: в $3Cu(NO_3)_2$ их $3 \times 2 = 6$, и в $2NO$ их 2. Итого $6 + 2 = 8$ атомов азота. Следовательно, в левой части перед $HNO_3$ нужно поставить коэффициент 8.

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

6. Далее уравняем атомы водорода. В левой части в $8HNO_3$ находится 8 атомов водорода. В правой части водород есть только в $H_2O$. Чтобы уравнять, ставим коэффициент 4 перед $H_2O$ ($4 \times 2 = 8$).

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$

7. В последнюю очередь проведем проверку по атомам кислорода. В левой части в $8HNO_3$ их $8 \times 3 = 24$. В правой части: в $3Cu(NO_3)_2$ их $3 \times 2 \times 3 = 18$, в $2NO$ их 2, в $4H_2O$ их 4. Сумма атомов кислорода справа: $18 + 2 + 4 = 24$. Количество атомов кислорода слева и справа одинаково, значит, коэффициенты расставлены верно.

Ответ:

$3Cu + 8HNO_{3(разб)} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$