Номер 9, страница 190 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

9. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:

a) $SO_2 + H_2S \rightarrow S + H_2O$;

б) $KMnO_4 + SO_2 + H_2O \rightarrow K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2SO_4$.

Укажите, окислителем или восстановителем является SO₂.

a) SO₂ + H₂S → S + H₂O;

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции. Кислород обычно имеет степень окисления -2, а водород +1.

$\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_2} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{S} \rightarrow \overset{0}{S} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$

Сера в диоксиде серы ($SO_2$) имеет степень окисления +4, а в сероводороде ($H_2S$) -2. В результате реакции образуется простое вещество сера ($S$) со степенью окисления 0. Таким образом, сера одновременно и понижает, и повышает свою степень окисления. Это реакция сопропорционирования.

2. Составим полуреакции окисления и восстановления.

Сера в степени окисления +4 принимает электроны и восстанавливается: $S^{+4} + 4e^- \rightarrow S^0$

Сера в степени окисления -2 отдает электроны и окисляется: $S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$

3. Составим электронный баланс, чтобы найти коэффициенты. Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (4 и 2) равно 4.

$ \begin{array}{c|c|c|l} S^{+4} + 4e^- \rightarrow S^0 & 4 & 1 & \text{окислитель, процесс восстановления} \\ \hline S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0 & 2 & 2 & \text{восстановитель, процесс окисления} \end{array} $

4. Из баланса следует, что на 1 атом $S^{+4}$ (т.е. на 1 молекулу $SO_2$) должно приходиться 2 атома $S^{-2}$ (т.е. 2 молекулы $H_2S$). Поставим эти коэффициенты в уравнение:

$1SO_2 + 2H_2S \rightarrow S + H_2O$

5. Теперь уравняем количество атомов серы в правой части. Слева у нас $1+2=3$ атома серы. Значит, справа тоже должно быть 3 атома:

$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + H_2O$

6. Уравняем атомы водорода и кислорода. Слева в $2H_2S$ содержится $2 \times 2 = 4$ атома водорода. Чтобы справа тоже было 4 атома водорода, поставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O$

Проверим баланс по кислороду: слева в $SO_2$ 2 атома, справа в $2H_2O$ тоже 2 атома. Баланс соблюден.

В данной реакции диоксид серы ($SO_2$) принимает электроны (сера понижает степень окисления с +4 до 0), следовательно, он является окислителем.

Ответ: $SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O$. В этой реакции $SO_2$ является окислителем.

б) KMnO₄ + SO₂ + H₂O → K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂SO₄.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют.

$K\overset{+7}{Mn}O_4 + \overset{+4}{S}O_2 + H_2O \rightarrow K_2\overset{+6}{S}O_4 + \overset{+2}{Mn}\overset{+6}{S}O_4 + H_2\overset{+6}{S}O_4$

Свои степени окисления изменяют марганец (с +7 до +2) и сера (с +4 до +6).

2. Составим полуреакции окисления и восстановления.

Марганец в степени окисления +7 принимает 5 электронов и восстанавливается: $Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$

Сера в степени окисления +4 отдает 2 электрона и окисляется: $S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}$

3. Составим электронный баланс. Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10.

$ \begin{array}{c|c|c|l} Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} & 5 & 2 & \text{окислитель, процесс восстановления} \\ \hline S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6} & 2 & 5 & \text{восстановитель, процесс окисления} \end{array} $

4. Коэффициенты из баланса показывают, что нужно взять 2 молекулы $KMnO_4$ и 5 молекул $SO_2$. Поставим их в уравнение. Также ставим коэффициент 2 перед продуктом, содержащим марганец, - $MnSO_4$.

$2KMnO_4 + 5SO_2 + H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + H_2SO_4$

5. Уравняем остальные элементы (металлы, затем кислотные остатки, затем водород и кислород).

Калий (K): слева 2 атома (в $2KMnO_4$), справа в $K_2SO_4$ тоже 2 атома. Коэффициент 1 перед $K_2SO_4$ (обычно не пишется).

Сера (S): слева 5 атомов (в $5SO_2$). Справа атомы серы есть в $K_2SO_4$, $MnSO_4$ и $H_2SO_4$. В $K_2SO_4$ - 1 атом, в $2MnSO_4$ - 2 атома. Всего $1+2=3$. Чтобы общее число атомов серы справа было равно 5, перед $H_2SO_4$ необходимо поставить коэффициент 2 ($3+2=5$).

$2KMnO_4 + 5SO_2 + H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4$

Водород (H): справа $2 \times 2 = 4$ атома (в $2H_2SO_4$). Слева водород есть только в воде. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$2KMnO_4 + 5SO_2 + 2H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4$

6. Проверим баланс по кислороду.

Слева: $(2 \times 4) + (5 \times 2) + (2 \times 1) = 8 + 10 + 2 = 20$ атомов.

Справа: $(1 \times 4) + (2 \times 4) + (2 \times 4) = 4 + 8 + 8 = 20$ атомов.

Уравнение сбалансировано. В этой реакции диоксид серы ($SO_2$) отдает электроны (сера повышает степень окисления с +4 до +6), следовательно, он является восстановителем.

Ответ: $2KMnO_4 + 5SO_2 + 2H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4$. В этой реакции $SO_2$ является восстановителем.