Подобрать коэффициенты в уравнениях методом полуреакций

Определение предмета и раздела:

Это задание относится к химии, разделу окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Разбор задачи:

Нам необходимо уравнять окислительно-восстановительную реакцию с помощью метода полуреакций. Рассмотрим процесс подробно.

Уравнение:

\[ HNO_3 + P + H_2O → H_3PO_4 + NO \]

1. Определение степеней окисления элементов:

Чтобы определить, какие вещества окисляются и восстанавливаются, найдем степени окисления элементов в исходных и конечных соединениях.

Исходные вещества:

• HNO₃ (азотная кислота): азот в HNO₃ имеет степень окисления \( +5 \).
• Фосфор \( P \): в элементарном состоянии у атома фосфора степень окисления \( 0 \).

Продукты реакции:

• H₃PO₄ (фосфорная кислота): у фосфора в H₃PO₄ степень окисления \( +5 \).
• NO (монооксид азота): у азота в NO степень окисления \( +2 \).

Итак:

• Азот в HNO₃ снижает свою степень окисления с \( +5 \) до \( +2 \), что указывает на процесс восстановления.
• Фосфор повышает свою степень окисления с \( 0 \) до \( +5 \) в H₃PO₄, что указывает на окисление.

2. Запишем полуреакции окисления и восстановления.

Полуреакция окисления (для фосфора):

\[ P^0 → H_3PO_4 \]

Для фосфора:

• Фосфор окисляется с \( 0 \) до \( +5 \). Реакция идет с участием 4 атомов кислорода.
• Чтобы записать полуреакцию в кислой среде, добавляем воду и протоны \( H^+ \):

\[ P + H_2O → H_3PO_4 \]

Теперь балансируем по водороду:

\[ P + 4 H_2O → H_3PO_4 + 4 H^+ + 5 e^- \]

Полуреакция восстановления (для азота):

\[ N^{+5} (в HNO_3) → N^{+2} (в NO) \]

Для азота:

• Азот восстанавливается с \( +5 \) до \( +2 \).

Запишем полуреакцию восстановления:

\[ HNO_3 → NO \]

Азот принимает 3 электрона, чтобы снизить свою степень окисления с \( +5 \) до \( +2 \):

\[ HNO_3 + 3 e^- + 4 H^+ → NO + 2 H_2O \]

3. Балансировка электронов:

Чтобы уравнять число передаваемых электронов, умножим полуреакцию окисления на 3, а полуреакцию восстановления на 5, чтобы количество передаваемых электронов одинаково:

Полуреакция окисления (умножаем на 3):

\[ 3P + 12H_2O → 3H_3PO_4 + 12H^+ + 15e^- \]

Полуреакция восстановления (умножаем на 5):

\[ 5HNO_3 + 15e^- + 20H^+ → 5NO + 10H_2O \]

4. Сложение полуреакций:

Теперь складываем обе полуреакции:

\[ 3P + 12H_2O + 5HNO_3 + 15e^- → 3H_3PO_4 + 12H^+ + 5NO + 15e^- + 10H_2O \]

5. Упрощение уравнения:

• Учтем, что 15 электронов с обеих частей уравнения взаимно сокращаются.
• Также сократим воду и протоны, где это возможно.

Итоговое уравнение:

\[ 3P + 5HNO_3 + 2H_2O → 3H_3PO_4 + 5NO \]

Ответ:

Уравнение реакции с подобранными коэффициентами:

Объяснение:

• \( P^0 \) (фосфор) окисляется до \( H_3PO_4 \) с переходом от степени окисления 0 до +5.
• \( N^{+5} \) восстанавливается в NO с переходом от +5 до +2.
• Метод полуреакций позволяет уравнять ОВР, сохраняя баланс атомов и зарядов.

\[ \boxed{3P + 5HNO_3 + 2H_2O → 3H_3PO_4 + 5NO} \]