Номер 501, страница 76 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

501*. При взаимодействии серы с концентрированной азотной кислотой образуется серная кислота, оксид азота(IV) и вода. Какое число электронов перейдёт от восстановителя к окислителю при взаимодействии серы массой 156 г с избытком концентрированной азотной кислоты?

Дано:

$m(S) = 156$ г

Азотная кислота в избытке.

Найти:

$N(e^-)$ — число электронов, перешедших от восстановителя к окислителю.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия серы с концентрированной азотной кислотой. Это окислительно-восстановительная реакция. Сера (S) окисляется до серной кислоты ($H_2SO_4$), а азотная кислота ($HNO_3$) восстанавливается до оксида азота(IV) ($NO_2$).

2. Составим электронный баланс, чтобы определить коэффициенты в уравнении.

Сера является восстановителем, так как отдает электроны, повышая свою степень окисления:

$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$

Азот в азотной кислоте является окислителем, так как принимает электроны, понижая свою степень окисления:

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$

3. Для составления баланса необходимо, чтобы число отданных и принятых электронов было равным. Наименьшее общее кратное для 6 и 1 равно 6. Поэтому вторую полуреакцию умножаем на 6:

$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6} \quad | \times 1$

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} \quad | \times 6$

Из баланса видно, что на 1 атом серы приходится 6 молекул азотной кислоты.

4. Сбалансированное уравнение реакции:

$S + 6HNO_{3(конц.)} \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + 2H_2O$

5. Из полуреакции окисления видно, что 1 атом серы отдает 6 электронов. Следовательно, 1 моль серы отдает 6 моль электронов.

6. Найдем количество вещества (число молей) серы массой 156 г. Молярная масса серы $M(S) \approx 32$ г/моль.

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{156 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 4.875$ моль

7. Теперь найдем количество вещества электронов ($n(e^-)$), которые перешли от восстановителя (серы) к окислителю (азотной кислоте):

$n(e^-) = n(S) \times 6 = 4.875 \text{ моль} \times 6 = 29.25$ моль

8. Чтобы найти общее число электронов ($N(e^-)$), умножим количество вещества электронов на число Авогадро ($N_A \approx 6.022 \times 10^{23}$ моль⁻¹):

$N(e^-) = n(e^-) \times N_A = 29.25 \text{ моль} \times 6.022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1} \approx 1.76 \times 10^{25}$ электронов.

Ответ: $1.76 \times 10^{25}$ электронов.