Рассмотрим реакцию взаимодействия кальция (Ca) с концентрированной азотной кислотой (HNO₃).
Шаг 1. Запись возможной реакции
Кальций — это металл, он способен реагировать с кислотами, окисляясь до ионов Ca²⁺. Концентрированная азотная кислота — окислитель, она действует по-разному в зависимости от условий, но в данном случае предположим образование нитрата кальция (Ca(NO₃)₂), выброс газов NO или NO₂ и воду.
Общая реакция (предположительная):
[ \text{Ca} + 2, \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Ca(NO}_3)_2 + \text{H}_2 ]
Однако, так как HNO₃ является сильной окислительной кислотой, возможна реакция с образование нитрата кальция, водорода и оксидов азота.
Шаг 2. Составление уравнения с уточнениями
На практике при реакции кальция с концентрированной азотной кислотой образуются нитрат кальция, водород и оксиды азота:
[ Ca + 4, \text{HNO}_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2, \text{NO}_2 + 2, \text{H}_2O ]
Данное уравнение — более точное. Но для электрического баланса и пошагового анализа возьмем классический случай реакции кальция с HNO₃, образуя нитрат и выделяя водород.
Общее уравнение:
[ Ca + 2, \text{HNO}_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + \text{H}_2 ]
Шаг 3. Электронный баланс
Определим окисление и восстановление:
- Кальций (Ca): окисляется от 0 до +2 (в виде Ca²⁺).
- Водород в HNO₃: восстанавливается от +1 (в HNO₃) до 0 (в H₂).
Запишем реакции по отдельности:
Окисление кальция:
[ \text{Ca} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2e^- ]
Восстановление проникших электронов:
Восстановление водорода из HNO₃ (или H⁺, по сути) до H₂:
[ 2, \text{H}^+ + 2e^- \rightarrow \text{H}_2 ]
Но так как в растворе есть HNO₃, то кислотная среда обеспечивает H⁺.
Шаг 4. Итоговое уравнение с учетом электронов
Общий электронный баланс:
- Один атом кальция отдает 2 электрона.
- Восстановление двух H⁺ до H₂ принимает эти 2 электрона.
Итоговое уравнение (предположительное):
[ \text{Ca} + 2, \text{H}^+ \rightarrow \text{Ca}^{2+} + \text{H}_2 ]
В реакции с концентрированной азотной кислотой возможны более сложные продукты, но для простоты и ясности примем этот случай.
Ответы на вопросы:
Какой элемент является окислителем?
— Азот (N) в HNO₃ (так как он принимает электроны и участвует в окислении).
Какой элемент является восстановителем?
— Кальций (Ca) (так как он отдает электроны при окислении).
Сколько электронов отдано в процессе окисления?
— 2 электрона (один атом кальция отдает два электронов).
Сколько электронов принято в процессе восстановления?
— 2 электрона (два электрона принимаются для восстановления ионов H⁺ до H₂).
Какова сумма коэффициентов?
— Общее число всех коэффициентов в уравнении: 1 (Ca) + 2 (HNO₃) + 1 (Ca(NO₃)₂) + 1 (H₂)
— Всего 5.
Если нужна более точная реакция с образованием оксидов азота или другие детали — скажи!
