Для составления электронного баланса реакции между магнием (Mg) и азотной кислотой (HNO3), которая приводит к образованию нитрата магния (Mg(NO3)2), нитрата аммония (NH4NO3), и воды (H2O), необходимо проанализировать изменения степеней окисления элементов в ходе реакции.
Запишем исходные вещества и продукты реакции:
[ \text{Mg} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Mg(NO}_3\text{)}_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + \text{H}_2\text{O} ]
Определим степени окисления элементов:
- Mg в исходном состоянии: 0
- Mg в Mg(NO3)2: +2
- N в HNO3: +5
- N в NH4NO3: в NH4+ N имеет степень окисления -3, в NO3- N имеет степень окисления +5.
- O везде: -2
- H в HNO3 и NH4NO3: +1
Определим, какие элементы изменяют свои степени окисления:
- Mg: 0 → +2 (окисление)
- N: +5 в HNO3 → -3 в NH4NO3 (NH4+) (восстановление)
Балансируем полуреакции окисления и восстановления:
- Окисление: Mg(^0) → Mg2+ + 2e-
- Восстановление: N+5 + 8e- + 8H+ → NH4+ (N-3)
Составляем общий электронный баланс:
- Восстановление: 1 атом N требует 8 электронов.
- Окисление: 1 атом Mg дает 2 электрона.
Для балансировки электронов необходимо, чтобы количество электронов, отданных в процессе окисления, было равно количеству электронов, принятых в процессе восстановления. Поэтому уравниваем количество электронов:
- 4Mg → 4Mg2+ + 8e-
- N+5 + 8e- + 8H+ → NH4+
Составляем суммарное уравнение реакции:
[ 4\text{Mg} + 10\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{Mg(NO}_3\text{)}_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} ]
Проверка балансировки атомов:
- Mg: 4
- N: 4*2 (в Mg(NO3)2) + 2 (в NH4NO3) = 8 + 2 = 10
- O: 4*6 (в Mg(NO3)2) + 3 (в NH4NO3) + 3 (в H2O) = 24 + 3 + 3 = 30
- H: 10 (в HNO3) + 4 (в NH4NO3) = 14
Таким образом, суммарное уравнение реакции, сбалансированное по массе и заряду, выглядит так:
[ 4\text{Mg} + 10\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{Mg(NO}_3\text{)}_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} ]
Электронный баланс подтверждает, что количество электронов, отданных в процессе окисления магния, равно количеству электронов, принятых в процессе восстановления азота.