Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой K2S + HNO3 → K2SO4 + NO + H2O Определите окислитель и восстановитель.
Давайте решим задачу по методу электронного баланса для реакции:
\[ \mathrm{K_2S + HNO_3 \rightarrow K_2SO_4 + NO + H_2O} \]
и определим окислитель и восстановитель.
Шаг 1. Записываем окисления элементов в реакционных веществах:
K₂S:
- K — обычно +1.
- S — в сульфиде (S²−), значит +2.
HNO₃:
- H — +1.
- N — у нитрата (NO₃⁻) — +5.
- O — -2.
K₂SO₄:
- K — +1.
- S — +6 (в сульфате).
- O — -2.
NO:
- N — +2 (так как N в NO — +2).
- O — -2.
H₂O:
- H — +1.
- O — -2.
Шаг 2. Определяем изменения окисления:
В исходных веществах — K₂S, где S — +2.
В продуктах — K₂SO₄, где S — +6, следовательно, S окисляется с +2 до +6 (окисление — потеря электронов).
В HNO₃ — N — +5, в NO — N — +2, значит, N восстанавливается, т.к. его окисление снижается с +5 до +2.
Шаг 3. Определяем окислитель и восстановитель:
Окислитель (тот, кто принимает электроны):
Восстанавливается N из нитрата — значит он принимает электроны. Следовательно, HNO₃ — окислитель.Восстановитель (тот, кто отдаёт электроны):
S в K₂S — окисляется с +2 до +6 в K₂SO₄, отдавая электроны. Следовательно, S — восстановитель.
Шаг 4. Расставляем электроны и балансируем:
Перепишем реакции окисления и восстановления отдельно.
Окисление S:
\[ \mathrm{S^{2-} \rightarrow S^{6+} + 4e^-} \]
(так как S увеличивается на 4 окислительных единицы).
Восстановление N:
\[ \mathrm{N^{5+} + 3e^- \rightarrow N^{2+}} \]
(так как N уменьшается на 3 окислительные единицы).
Теперь нужно найти коэффициенты для уравновешивания электронов — число электронов, которое сходит с восстановителя и сходит с окислителя, должно быть одинаково.
Шаг 5. Балансировка по электронам:
- S дает 4 электрона, а N принимает 3.
Чтобы сбалансировать, ищем наименьшее общее кратное 12 (наименьшее число, делящее 4 и 3):
- Умножим реакции так, чтобы электроны совпадали:
\[ \begin{aligned} & \mathrm{S^{2-} \rightarrow S^{6+} + 4e^-} \quad \times 3 \Rightarrow 3S^{2-} \rightarrow 3S^{6+} + 12e^- \\ & \mathrm{N^{5+} + 3e^- \rightarrow N^{2+}} \quad \times 4 \Rightarrow 4N^{5+} + 12e^- \rightarrow 4N^{2+} \end{aligned} \]
Шаг 6. Переписываем и соединяем окисление и восстановление:
Общий окислительно-восстановительный процесс:
\[ 3 \mathrm{S^{2-}} + 4 \mathrm{N^{5+}} \rightarrow 3 \mathrm{S^{6+}} + 4 \mathrm{N^{2+}} \]
Шаг 7. Балансируем атомы и ионы в полном уравнении.
Перепишем исходные вещества:
- K₂S содержит 2 K.
- HNO₃ — реагирует с S, N, H, O.
Для этого добавим коэффициенты и сбалансируем кислоты и воду.
Шаг 8. Составляем полное уравнение реакции.
Рассмотрим исходную реакцию:
\[ \mathrm{K_2S + HNO_3 \rightarrow K_2SO_4 + NO + H_2O} \]
Обозначим коэффициенты:
\[ a \mathrm{K_2S} + b \mathrm{HNO_3} \rightarrow c \mathrm{K_2SO_4} + d \mathrm{NO} + e \mathrm{H_2O} \]
Подставляем окислительно-восстановительные изменения:
- S в K₂S — окисляется с +2 до +6 в K₂SO₄.
- N в HNO₃ — восстанавливается с +5 до +2 в NO.
Балансируем атомы:
K: слева — 2a, справа — 2c ⇒ \( 2a = 2c \Rightarrow a = c \).
S: слева — a, справа — c ⇒ \( a = c \).
N: слева — b, справа — d ⇒ \( b = d \).
O: слева — b (в HNO₃), справа — 4c (в K₂SO₄), d (в NO), e (в H₂O).
H: слева — b (в HNO₃), справа — 2e (в H₂O).
Теперь используем найденные соотношения:
- \( a = c \),
- \( b = d \),
- уравниваем электроны, что мы сделали выше, — из этого получаем соотношение для реагентов.
В конце, простым подставлением и балансировкой, получим:
\[ \boxed{ \mathrm{K_2S + 2HNO_3 \rightarrow K_2SO_4 + NO + H_2O} } \]
Итог:
Коэффициенты:
\(\boxed{ 1 \mathrm{K_2S} + 2 \mathrm{HNO_3} \rightarrow 1 \mathrm{K_2SO_4} + 1 \mathrm{NO} + 1 \mathrm{H_2O} }\)Окислитель: HNO₃ (так как он восстанавливается из +5 до +2 и принимает электроны).
Восстановитель: S в K₂S (он окисляется с +2 до +6).
Если нужен более полный разбор или объяснение, скажите!
