Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции

Задание находится в области предмета: хими́я, раздел: окислительно-восстановительные реакции (ОВР).

Уравнение реакции:

Fe + HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + H_2O

Шаг 1: Определение степени окисления элементов

Разберем степени окисления атомов в исходных и конечных веществах:

• Fe (в исходном веществе): Железо в чистом виде имеет степень окисления 0.
• Fe (в продукте): В соединении Fe(NO_3)_3 железо имеет степень окисления +3 (так как NO_3^- — это нитрат-ион с зарядом -1, а всего их три).
• N (в HNO_3): В азотной кислоте HNO_3, степень окисления азота - +5 (в соединении NO_3^-, у кислорода степень окисления -2, и H^+, как известно, +1).
• N (в NO): В продукте NO азот имеет степень окисления +2.

Таким образом:

• Атом железа изменяет свою степень окисления с 0 на +3: это процесс окисления.
• Атом азота изменяет свою степень окисления с +5 на +2: это процесс восстановления.

Шаг 2: Выявление окислителя и восстановителя

• Окислитель (принимает электроны — восстанавливается): атом азота в азотной кислоте HNO_3 (изменение с +5 на +2).
• Восстановитель (отдаёт электроны — окисляется): атом железа Fe (изменение степени окисления с 0 на +3).

Шаг 3: Составление полуреакций окисления и восстановления

• Полуреакция окисления (для железа): Fe^0 \rightarrow Fe^{3+} + 3e^-
• Полуреакция восстановления (для азота): N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}

Шаг 4: Балансировка методом электронного баланса

Сверим количество электронов.

1. Окисление: Железо теряет 3 электрона.
2. Восстановление: Один атом азота принимает 3 электрона.

Электроны с обеих сторон уравнения совпадают, поэтому дополнительных коэффициентов для уравнивания электронов добавлять не нужно.

Шаг 5: Составление окончательного уравнения

Теперь расставим коэффициенты: Fe + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + 2H_2O

Вот итоговый баланс реакции:

1. Fe: один атом железа с обеих сторон.
2. N: на левой стороне 4HNO_3, то есть четыре атома азота (NO_3^-), с учётом того, что один атом азота NO, оставшиеся три участвуют в образовании Fe(NO_3)_3, где также три атома азота.
3. H: на левой стороне 4HNO_3 — каждый содержит по одному атому водорода, всего 4 атома водорода, на правой стороне они вошли в состав H_2O (2 молекулы воды, каждая включает 2 атома водорода).
4. O: на левой стороне в четырёх молекулах HNO_3 содержится 12 атомов кислорода, на правой стороне три атома в Fe(NO_3)_3, один в NO, и четыре в двух молекулах воды (2H_2O).

Реакция сбалансирована.

Ответ:

• Окислитель: N^{+5} (в HNO_3),
• Восстановитель: Fe^0 (чистое железо).

Сбалансированное уравнение:

Fe + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + 2H_2O