Na+HNO3=NaNO3+N2+H2O уровнять методом электронного баланса

Хорошо, давайте рассмотрим, как уравнять реакцию:

Na + HNO₃ → NaNO₃ + N₂ + H₂O

с использованием метода электронного баланса. Этот метод помогает сбалансировать реакции, в которых происходит окисление и восстановление.

Шаг 1. Определим степени окисления элементов

1. Na (натрий): в элементарной форме степень окисления = 0. В составе NaNO₃ (нитрат натрия) натрий становится +1.
2. N (азот в HNO₃): в HNO₃ азот находится в степени окисления +5 (нитрат-ион, NO₃⁻).
   • В продуктах азот частично восстанавливается до молекулярного азота (N₂), где степень окисления = 0.
3. O (кислород): степень окисления кислорода в HNO₃ и в H₂O остаётся неизменной (-2).

Шаг 2. Определяем, что окисляется и что восстанавливается

1. Окисление: Натрий переходит из 0 в +1 (теряет 1 электрон): [ \text{Na}^0 \to \text{Na}^{+1} + 1e^- ]
2. Восстановление: Азот из HNO₃ (степень окисления +5) восстанавливается до молекулярного азота N₂ (степень окисления 0): [ 2\text{N}^{+5} + 10e^- \to \text{N}_2^0 ]

Шаг 3. Составляем электронный баланс

Теперь уравниваем количество электронов, отданных натрием, с количеством электронов, принятых азотом.

• Натрий теряет 1 электрон, а азот принимает 10 электронов (на 2 атома азота в молекуле N₂).
• Чтобы уравнять, нужно взять 10 атомов натрия:

[ 10\text{Na}^0 \to 10\text{Na}^{+1} + 10e^- ] [ 2\text{N}^{+5} + 10e^- \to \text{N}_2^0 ]

Шаг 4. Ставим коэффициенты для реагентов

Теперь у нас есть соотношение: 10 атомов натрия на 2 атома азота в HNO₃. Рассчитаем количество молекул HNO₃:

• В каждой молекуле HNO₃ содержится 1 атом азота, значит, потребуется 10 молекул HNO₃ (чтобы получить 2 молекулы азота N₂).

Итак, уравнение на данном этапе: [ 10\text{Na} + 10\text{HNO₃} \to 10\text{NaNO₃} + \text{N}_2 + \text{H}_2\text{O} ]

Шаг 5. Балансируем водород и кислород

1. В HNO₃ есть 10 атомов водорода, которые должны перейти в воду (H₂O). Значит, потребуется 5 молекул воды: [ 10\text{H} \to 5\text{H}_2\text{O} ]
2. Проверим баланс кислорода:
   • В левой части: 10 молекул HNO₃ содержат 30 атомов кислорода.
   • В правой части: 10 молекул NaNO₃ содержат 30 атомов кислорода, и 5 молекул H₂O содержат 5 атомов кислорода.

Кислород сбалансирован.

Шаг 6. Итоговое уравнение

Уравнение реакции в окончательном виде: [ 10\text{Na} + 10\text{HNO₃} \to 10\text{NaNO₃} + \text{N}_2 + 5\text{H}_2\text{O} ]

Проверка баланса

1. Натрий (Na): 10 атомов слева и 10 атомов в составе NaNO₃ справа.
2. Азот (N): 10 атомов в HNO₃ слева, из них 10 в NaNO₃ и 2 в N₂ справа.
3. Кислород (O): 30 атомов в HNO₃ слева, из них 30 в NaNO₃ и 5 в H₂O справа.
4. Водород (H): 10 атомов в HNO₃ слева, 10 атомов в H₂O справа.

Баланс соблюдён.

Ответ:

Сбалансированное уравнение: [ 10\text{Na} + 10\text{HNO₃} \to 10\text{NaNO₃} + \text{N}_2 + 5\text{H}_2\text{O} ]

Для уравнивания реакции между натрием (Na) и азотной кислотой (HNO3) с образованием нитрата натрия (NaNO3), азота (N2) и воды (H2O) методом электронного баланса, необходимо следовать определённым шагам.

Шаг 1: Запись полных уравнений реакции

Сначала запишем неуравненное уравнение реакции:

[ \text{Na} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{NaNO}_3 + \text{N}_2 + \text{H}_2\text{O} ]

Шаг 2: Определение окислительно-восстановительных процессов

В этой реакции натрий (Na) окисляется, а азот из HNO3 восстанавливается. Рассмотрим изменение степеней окисления:

• У натрия степень окисления изменяется с 0 (в элементарном состоянии) на +1 в NaNO3.
• В HNO3 азот имеет степень окисления +5, а в N2 — 0.

Шаг 3: Написание полуреакций

1. Окисление натрия: [ \text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + e^- ]

   Для одного атома натрия это уравнение указывает, что один электрон теряется.

2. Восстановление азота: У нас 2 атома азота в N2, и чтобы восстановить их с +5 до 0, необходимо принять 10 электронов (каждый атом должен принять 5 электронов): [ 2 \text{N}^{+5} + 10e^- \rightarrow \text{N}_2 ]

Шаг 4: Уравнивание электронов

Теперь мы должны уравнять количество потерянных и принятых электронов. Чтобы это сделать, можно умножить уравнение окисления натрия на 10:

[ 10 \text{Na} \rightarrow 10 \text{Na}^+ + 10e^- ]

Теперь у нас есть:

• Потеряно 10 электронов от 10 атомов Na.
• Принято 10 электронов для восстановления 2 атомов азота.

Шаг 5: Составление полного уравнения

На этом этапе мы можем составить полное уравнение с учетом того, что для реакции нам также нужно учитывать HNO3 и образование воды. Поскольку каждый NaNO3 требует одного HNO3, мы получаем:

1. 10 Na.
2. 10 HNO3 (из которых 2 будут восстанавливаться до N2).
3. 10 NaNO3.
4. 5 H2O (из 10 HNO3, 2 H идут на образование N2, а остальные 8 идут на образование 5 H2O).

Теперь уравнение будет выглядеть следующим образом:

[ 10 \text{Na} + 10 \text{HNO}_3 \rightarrow 10 \text{NaNO}_3 + 5 \text{H}_2\text{O} + \text{N}_2 ]

Шаг 6: Проверка уравнения

Проверим баланс элементов:

• Натрий (Na): 10 слева и 10 справа.
• Азот (N): 10 в HNO3 (из которых 2 уходят в N2, а 8 остаются в 10 NaNO3) и 2 в N2, что в сумме дает 10.
• Водород (H): 10 в HNO3 и 5 в H2O, что дает 10.
• Кислород (O): 30 (из 10 HNO3) и 30 (из 10 NaNO3 и 5 H2O), что также сбалансировано.

Таким образом, окончательное уравнение реакции, сбалансированное методом электронного баланса, выглядит следующим образом:

[ 10 \text{Na} + 10 \text{HNO}_3 \rightarrow 10 \text{NaNO}_3 + 5 \text{H}_2\text{O} + \text{N}_2 ]

Для уравнивания реакции с помощью метода электронного баланса сначала нужно определить изменение степеней окисления в реакции.

1. В реакции натрий (Na) сохраняет степень окисления +1, а в нитрате (HNO3) азот (N) имеет степень окисления +5. В продукте реакции (NaNO3) азот остается с +5, но часть азота восстанавливается до молекулы N2, где степень окисления 0.

2. Напишем уравнение с учетом переноса электронов:

[ 6 Na + 2 HNO_3 \rightarrow 2 NaNO_3 + N_2 + 2 H_2O ]

Таким образом, уравнение реакции с учетом электронного баланса будет:

[ 6 Na + 2 HNO_3 \rightarrow 2 NaNO_3 + N_2 + 2 H_2O ]