20 Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой PH3 + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O. Запишите в отдельной(-ых) строчке(-ах) формулы частиц (веществ) окислителя и восстановителя. Укажите, какая из этих частиц (веществ) является окислителем, а какая — восстановителем.

Решение:

Расставим коэффициенты в уравнении реакции методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления:
   • В PH₃: P = -3, H = +1
   • В HNO₃: H = +1, N = +5, O = -2
   • В H₃PO₄: H = +1, P = +5, O = -2
   • В NO₂: N = +4, O = -2
   • В H₂O: H = +1, O = -2
2. Составим электронный баланс:
   • P⁻³ → P⁺⁵ + 8e⁻ (окисление)
   • N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ (восстановление)
3. Уравняем количества электронов:
   • Умножим окисление фосфора на 1, а восстановление азота на 8.
   • P⁻³ → P⁺⁵ + 8e⁻ | × 1
   • N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ | × 8
4. Подставим коэффициенты в уравнение:
   • PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + H₂O
5. Уравняем водород и кислород (если нужно):
   • В левой части: 3H + 8H = 11H; 3O + 24O = 27O
   • В правой части: 3H + 16N + 4O + 2O = 11H (не совпадает)
   • Проверим кислород: 8 × 3 (O в HNO3) = 24. 4 (O в H3PO4) + 8*2 (O в NO2) = 4+16 = 20. Не сходится.
   • Попробуем начать с баланса:
   • P⁻³ → P⁺⁵ + 8e⁻ (восстановитель)
   • N⁺⁵ → N⁺⁴ + 1e⁻ (окислитель)
   • Множители: 1 и 8.
   • PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + H₂O
   • Слева: P=1, H=3+8=11, N=8, O=24
   • Справа: P=1, H=3+2=5, N=8, O=4+16+2=22. Не сходится.
   • Попробуем другой коэффициент для HNO3.
   • P⁻³ → P⁺⁵ + 8e⁻
   • N⁺⁵ → N⁺⁴ + 1e⁻
   • Умножим второе на 8.
   • PH₃ + HNO₃ → H₃PO₄ + NO₂ + H₂O
   • P(-3) => P(+5) + 8e
   • N(+5) => N(+4) + 1e
   • Умножаем второе на 8
   • PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + H₂O
   • Считаем атомы:
   • P: 1 = 1
   • H: 3 + 8 = 11 (слева), 3 + 2 = 5 (справа)
   • N: 8 (слева), 8 (справа)
   • O: 24 (слева), 4 + 16 + 2 = 22 (справа)
   • Нужно добавить 6 атомов H и 2 атома O справа.
   • Добавим 3H₂O
   • PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + 4H₂O
   • Считаем атомы:
   • P: 1 = 1
   • H: 3 + 8 = 11 (слева), 3 + 8 = 11 (справа)
   • N: 8 (слева), 8 (справа)
   • O: 24 (слева), 4 + 16 + 4 = 24 (справа)
   • Уравнение сбалансировано.

Частицы (вещества) окислителя и восстановителя:

• Окислитель: HNO₃ (азот имеет степень окисления +5 и понижает её до +4).
• Восстановитель: PH₃ (фосфор имеет степень окисления -3 и повышает её до +5).

Ответ: PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + 4H₂O. Окислитель: HNO₃, Восстановитель: PH₃.