Условие задачи

Укажите коэффициент перед формулой восстановителя в уравнении окислительно-восстановительной реакции, схема которой:NH3 + O2 ⟶ N2 + H2O

Решение

Дисциплина: химия (окислительно-восстановительные реакции и стехиометрия).

Анализ задачи:
Дана схема реакции: NH₃ + O₂ ⟶ N₂ + H₂O. В данной реакции один из реагентов выполняет функцию восстановителя, а другой – окислителя. При сравнении стандартных оксидно-восстановительных реакций видно, что аммиак (NH₃) при переходе из степени окисления азота –III в элементарное состояние (N₂, где степень окисления азота равна 0) теряет электроны, то есть окисляется. Следовательно, NH₃ выступает в роли восстановителя, а кислород (O₂) – окислителя.

Для ответа на вопрос необходимо найти коэффициент при формуле восстановителя (NH₃) в уравнении окислительно-восстановительной реакции после балансировки.

Решение:
Запишем уравнение реакции с неизвестными коэффициентами:
a NH₃ + b O₂ ⟶ c N₂ + d H₂O.

Баланс по элементам:

1. Азот (N):
В левой части: a атомов N.
В правой части: в N₂ содержится 2 атома N, значит получаем 2c атомов.
Таким образом, a = 2c. (1)

2. Водород (H):
В NH₃ – 3 атома H на молекулу, значит слева 3a атомов.
В H₂O – 2 атома H, значит справа 2d.
Получаем: 3a = 2d (2)

3. Кислород (O):
В O₂ – по 2 атома O, значит слева 2b.
В правой части O содержится только в H₂O, где 1 атом O на молекулу, значит d атомов.
Запишем: 2b = d. (3)

Выразим переменные через a:
Из (1): c = a⁄2.
Из (2): d = (3a)⁄2.
Из (3): b = d⁄2 = (3a)⁄4.

Чтобы все коэффициенты были целыми, выберем минимальное значение a, удовлетворяющее условию, что (3a)⁄4 – целое число. Минимальное такое a – 4.

Подставляем a = 4:
c = 4⁄2 = 2,
d = (3×4)⁄2 = 6,
b = (3×4)⁄4 = 3.

Таким образом, сбалансированное уравнение реакции имеет вид:
4 NH₃ + 3 O₂ ⟶ 2 N₂ + 6 H₂O.

Ответ по условию задачи:
Перед формулой восстановителя (NH₃) стоит коэффициент 4.

Вывод:
Коэффициент при NH₃ равен 4.