Условие задачи

Составьте уравнение реакции фосфора с азотной кислотой, если схема реакцииP + HNO3 + H2O ⟶ H3PO4 + NO

Решение

Дисциплина: Химия. Здесь требуется составить и уравнять химическую реакцию (окислительно-восстановительную) между фосфором, азотной кислотой и водой с образованием фосфорной кислоты и оксида азота (NO).

Рассмотрим исходную (неуравненную) схему реакции:

P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO

Обозначим за коэффициенты перед реагентами и продуктами:
a P + b HNO₃ + c H₂O → d H₃PO₄ + e NO

Составим уравнения баланса для каждого элемента.

1. Фосфор (P):
Слева: a атомов P; справа – d атомов P (так как H₃PO₄ содержит один атом фосфора).
Получаем: a = d (1)

2. Азот (N):
Слева: b атомов N (каждая молекула HNO₃ содержит один атом азота); справа – e атомов N (NO содержит один атом).
Получаем: b = e (2)

3. Водород (H):
Слева: из HNO₃: b атомов, из H₂O: 2c атомов; всего b + 2c.
Справа: в H₃PO₄ каждая молекула содержит 3 атома, значит – 3d.
Получаем: b + 2c = 3d (3)

4. Кислород (O):
Слева: в HNO₃ – 3b атомов, в H₂O – c атомов; всего 3b + c.
Справа: в H₃PO₄ – 4d атомов (так как формула H₃PO₄), в NO – e атомов; всего 4d + e.
Получаем: 3b + c = 4d + e (4)

Используя (1) и (2): a = d, e = b.

Подставим e = b в (4):
3b + c = 4d + b ⟹ c = 4d + b − 3b = 4d − 2b (4′)

Подставим найденное значение c из (4′) в уравнение (3):
b + 2(4d − 2b) = 3d
⟹ b + 8d − 4b = 3d
⟹ 8d − 3b = 3d
⟹ 5d = 3b
⟹ b = (5d)⁄3

Чтобы b оказалась целым числом, положим d = 3 (минимальное значение, кратное 3):
Тогда b = (5×3)⁄3 = 5.

Теперь по (4′):
c = 4×3 − 2×5 = 12 − 10 = 2.

И по (1):
a = d = 3.

Так же из (2): e = b = 5.

Таким образом, получаем коэффициенты:
a = 3, b = 5, c = 2, d = 3, e = 5.

Запишем уравнение реакции с найденными коэффициентами:

3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO

Проверка баланса:

• Фосфор: Лево – 3, Право – 3.
• Азот: Лево – 5 (из HNO₃), Право – 5 (в NO).
• Водород: Лево – 5 (из HNO₃) + 4 (из 2H₂O) = 9, Право – 3×3 = 9.
• Кислород: Лево – 5×3 + 2 = 15 + 2 = 17, Право – 3×4 + 5 = 12 + 5 = 17.

Баланс сохранён.

Ответ: уравнение реакции имеет вид

3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO