3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции с помощью электронного баланса. Cu + HNO₃→ Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Задание 3: Расстановка коэффициентов методом электронного баланса

Исходное уравнение:

\[ Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O \]

1. Определим степени окисления элементов:

Cu (0) + H (+1) N (+5) O₂ (-2) → Cu (+2) N (+5) O₂ (-2) + N (+4) O₂ (-2) + H (+1) O (-2)

2. Составим электронный баланс:

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e⁻ (окисление)

N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ (восстановление)

3. Взаимосвязь окисления и восстановления:

Для уравнивания числа отданных и принятых электронов, умножим восстановление на 2:

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e⁻ | ×1

N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ | ×2

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

Перед \( Cu \) и \( Cu(NO_3)_2 \) ставим коэффициент 1 (по умолчанию).

Перед \( HNO_3 \), который восстанавливается до \( NO_2 \), ставим коэффициент 2 (из баланса).

\( 1Cu + 2HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O \)

5. Проверим количество атомов элементов:

Слева:

Cu: 1

H: 2

N: 2 (в \( HNO_3 \)) + 2 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) = 4

O: 2*3=6 (в \( HNO_3 \)) + 2*3=6 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2*2=4 (в \( NO_2 \)) = 16

Справа:

Cu: 1

H: 2

N: 2 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2 (в \( NO_2 \)) = 4

O: 2*3=6 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2*2=4 (в \( NO_2 \)) + 2 (в \( H_2O \)) = 12

6. Недостающие коэффициенты:

Не хватает атомов кислорода справа. Увеличим коэффициент перед \( H_2O \). Для этого нужно 4 атома водорода слева, значит, перед \( HNO_3 \) должно быть 4 атома водорода, но азот в \( HNO_3 \) уже участвует в ОВР. Попробуем другую логику.

Пересмотрим баланс:

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e⁻

N⁺⁵ → N⁺⁴ + 1e⁻

Для азота, который не меняет степень окисления, учтем его отдельно.

Сначала расставим коэффициенты для ОВР:

1 Cu + 2 HNO₃ → 1 Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + ... H₂O

Теперь учтем азот, который не меняет степень окисления. В \( Cu(NO_3)_2 \) два атома азота, поэтому перед \( HNO_3 \) также нужно поставить коэффициент, учитывающий этот азот. Итоговая сумма азота слева должна быть равна сумме азота справа.

Азот: в \( HNO_3 \) (2 атома для ОВР) + азот в \( Cu(NO_3)_2 \) (2 атома). Всего 4 атома азота. Значит, перед \( HNO_3 \) ставим коэффициент 4.

\[ 1Cu + 4HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + ... H_2O \]

Теперь посчитаем водород и кислород.

Слева:

Cu: 1

H: 4

N: 4

O: 4*3 = 12

Справа:

Cu: 1

N: 2 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2 (в \( NO_2 \)) = 4

H: ?

O: 2*3=6 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 2*2=4 (в \( NO_2 \)) + ... (в \( H_2O \))

Видим, что водорода слева 4 атома. Значит, справа должно быть 4 атома водорода. Это достигается постановкой коэффициента 2 перед \( H_2O \) (2*2=4).

\[ 1Cu + 4HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O \]

Проверим кислород:

Слева: 4*3 = 12 атомов O.

Справа: 6 (в \( Cu(NO_3)_2 \)) + 4 (в \( NO_2 \)) + 2 (в \( H_2O \)) = 12 атомов O.

Баланс сошелся.

Ответ: Коэффициенты в уравнении реакции: 1, 4, 1, 2, 2.

\[ 1Cu + 4HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O \]