Условие задачи

Сумма коэффициентов в уравнении окислительно-восстановительной реакции, схема которой Cu + HNO3 ⟶ Cu(NO3)2 + NO + H2O, равна:1) 16; 2) 18; 3) 20; 4) 22.

Решение

Ниже представлено подробное решение задачи по химии (окислительно-восстановительные реакции).

Задача: Найти сумму коэффициентов в уравнении реакции
Cu + HNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Для балансировки этой реакции применим метод полуравенств.

1. Определяем окисление и восстановление.

• Окисление меди:
Cu ⟶ Cu²⁺ + 2e⁻

• Восстановление нитрат-иона до оксида азота (NO):
NO₃⁻ ⟶ NO

2. Балансируем восстановительное полуравенство.
Начнём с баланса атомов азота: азот уже сбалансирован, далее – кислороды и водород.

Для перехода от NO₃⁻ к NO необходимо добавить протоны и воду:
NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ ⟶ NO + 2H₂O

Проверим баланс по атомам и заряду:
Атомы кислорода: слева 3, справа в 2H₂O – 2×1 = 2 плюс в NO – 1; итого 3.
Заряды: слева (–1 + 4 = +3) и +3 с 3e⁻ (–3) дают 0, справа – все нейтральны.

3. Приводим полуравенства к общему числу электронов.
Для окисления меди получаем 2e⁻, а для восстановления – 3e⁻. Наименьшее общее кратное 2 и 3 равно 6.
Умножим окислительное полуравнение на 3:
3Cu ⟶ 3Cu²⁺ + 6e⁻

Умножим восстановительное полуравнение на 2:
2NO₃⁻ + 8H⁺ + 6e⁻ ⟶ 2NO + 4H₂O

4. Складываем полуравнения, сокращая 6e⁻:
3Cu + 2NO₃⁻ + 8H⁺ ⟶ 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

5. Восстановительное полуравнение учитывает только NO₃⁻, но в исходном уравнении азотная кислота HNO₃ является источником как NO₃⁻, так и H⁺.
При этом для образования комплекса Cu(NO₃)₂ необходимо, чтобы каждая молекула меди связывалась с двумя нитрат-ионами.
3Cu²⁺ + 6NO₃⁻ ⟶ 3Cu(NO₃)₂

Получаем, что общее число NO₃⁻ должно быть 2 (из восстановительного уравнения) + 6 (для образования комплекса) = 8, а число H⁺ – 8.

Таким образом, исходная молекула азотной кислоты HNO₃ поставляет как NO₃⁻, так и H⁺, то есть 8 молекул HNO₃.

6. Записываем итоговое уравнение:
3Cu + 8HNO₃ ⟶ 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Проверим баланс атомов:
— Медь: слева 3, справа 3.
— Азот: слева 8 (в 8HNO₃); справа 3×2 = 6 (в 3Cu(NO₃)₂) + 2 (в 2NO) = 8.
— Кислород: слева 8×3 = 24; справа 3×6 = 18 (в 3Cu(NO₃)₂) + 2 (в 2NO) + 4 (в 4H₂O) = 24.
— Водород: слева 8; справа 4×2 = 8.

7. Сумма коэффициентов – сумма чисел перед всеми реагентами и продуктами:
3 (Cu) + 8 (HNO₃) + 3 (Cu(NO₃)₂) + 2 (NO) + 4 (H₂O) = 20

Ответ: сумма коэффициентов равна 20. Таким образом, правильный вариант – 3) 20.