Номер 7, страница 196 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в уравнениях реакций, протекающих при взаимодействии цинка с концентрированной серной кислотой разной концентрации, согласно схемам на с. 193, 194.

Взаимодействие цинка с концентрированной серной кислотой может протекать по-разному в зависимости от концентрации кислоты. Рассмотрим три основные возможные схемы реакции.

а) Схема реакции с образованием диоксида серы (протекает с наиболее концентрированной кислотой)

Дано:

Схема реакции: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + SO_2 + H_2O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \stackrel{0}{Zn} + H_2\stackrel{+6}{S}O_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}SO_4 + \stackrel{+4}{S}O_2 + H_2O $

2. Составим электронный баланс, определив процессы окисления и восстановления:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 2 | 1 | восстановитель, окисление

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 2 | 1 | окислитель, восстановление

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 2) равно 2. Дополнительные множители равны 1.

3. Расставим коэффициенты перед формулами веществ, содержащих элементы, изменившие степень окисления. Коэффициенты 1 перед $Zn$, $ZnSO_4$ и $SO_2$ не пишутся.

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + SO_2 + H_2O$

4. Уравняем количество атомов серы. В правой части уравнения 2 атома серы (1 в $ZnSO_4$ и 1 в $SO_2$), следовательно, в левой части перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 2.

$Zn + 2H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + SO_2 + H_2O$

5. Уравняем водород. В левой части 4 атома водорода ($2 \cdot 2 = 4$), значит, перед $H_2O$ в правой части ставим коэффициент 2. Проверим кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$ атомов; справа $4 + 2 + 2 = 8$ атомов. Баланс достигнут.

Ответ: $Zn + 2H_2SO_4 = ZnSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$.

б) Схема реакции с образованием серы (протекает при снижении концентрации кислоты)

Дано:

Схема реакции: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + S + H_2O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов:

$ \stackrel{0}{Zn} + H_2\stackrel{+6}{S}O_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}SO_4 + \stackrel{0}{S} + H_2O $

2. Составим электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 6 | 3 | восстановитель, окисление

$S^{+6} + 6e^- \rightarrow S^{0}$ | 6 | 1 | окислитель, восстановление

Наименьшее общее кратное для 2 и 6 равно 6. Дополнительные множители: 3 для цинка и 1 для серы.

3. Расставим коэффициенты: 3 перед $Zn$ и $ZnSO_4$, и 1 перед $S$.

$3Zn + H_2SO_4 \rightarrow 3ZnSO_4 + S + H_2O$

4. Уравняем серу. Справа $3+1=4$ атома серы. Ставим коэффициент 4 перед $H_2SO_4$ слева.

$3Zn + 4H_2SO_4 \rightarrow 3ZnSO_4 + S + H_2O$

5. Уравняем водород. Слева $4 \cdot 2 = 8$ атомов водорода. Ставим коэффициент 4 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева $4 \cdot 4 = 16$ атомов; справа $3 \cdot 4 + 4 = 12 + 4 = 16$ атомов. Баланс достигнут.

Ответ: $3Zn + 4H_2SO_4 = 3ZnSO_4 + S \downarrow + 4H_2O$.

в) Схема реакции с образованием сероводорода (протекает с наименее концентрированной кислотой из возможных)

Дано:

Схема реакции: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов:

$ \stackrel{0}{Zn} + H_2\stackrel{+6}{S}O_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}SO_4 + H_2\stackrel{-2}{S} + H_2O $

2. Составим электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 8 | 4 | восстановитель, окисление

$S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2}$ | 8 | 1 | окислитель, восстановление

Наименьшее общее кратное для 2 и 8 равно 8. Дополнительные множители: 4 для цинка и 1 для серы.

3. Расставим коэффициенты: 4 перед $Zn$ и $ZnSO_4$, и 1 перед $H_2S$.

$4Zn + H_2SO_4 \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

4. Уравняем серу. Справа $4+1=5$ атомов серы. Ставим коэффициент 5 перед $H_2SO_4$ слева.

$4Zn + 5H_2SO_4 \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

5. Уравняем водород. Слева $5 \cdot 2 = 10$ атомов водорода. Справа уже есть 2 атома в $H_2S$, значит в $H_2O$ должно быть $10-2=8$ атомов, т.е. ставим коэффициент 4 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева $5 \cdot 4 = 20$ атомов; справа $4 \cdot 4 + 4 = 16 + 4 = 20$ атомов. Баланс достигнут.

Ответ: $4Zn + 5H_2SO_4 = 4ZnSO_4 + H_2S \uparrow + 4H_2O$.