Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В левой части уравнения:
В серной кислоте $H_2\overset{+6}{S}O_4$ сера имеет степень окисления $+6$.
Цинк — простое вещество, его степень окисления $\overset{0}{Zn}$.
В правой части уравнения:
В сульфате цинка $\overset{+2}{Zn}SO_4$ цинк имеет степень окисления $+2$.
Сера — простое вещество, её степень окисления $\overset{0}{S}$.

2. Составим электронный баланс:
Выпишем процессы отдачи и принятия электронов:
Цинк отдает электроны (окисляется):
$Zn^0 - 2\bar{e} \rightarrow Zn^{+2}$
Сера принимает электроны (восстанавливается):
$S^{+6} + 6\bar{e} \rightarrow S^0$

3. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) и дополнительные множители:
Для 2 и 6 наименьшее общее кратное равно 6.
Множитель для цинка: $6 : 2 = 3$.
Множитель для серы: $6 : 6 = 1$.
Запишем это в виде схемы:
$3 | Zn^0 - 2\bar{e} \rightarrow Zn^{+2}$
$1 | S^{+6} + 6\bar{e} \rightarrow S^0$

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
Согласно балансу, перед цинком и его солью ставим коэффициент 3. Перед серой (продуктом восстановления) ставим 1 (не пишется).
$3Zn + H_2SO_4 \rightarrow 3ZnSO_4 + S + H_2O$
Теперь посчитаем общее количество атомов серы справа: 3 (в сульфате) + 1 (свободная сера) = 4 атома. Значит, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 4.
$3Zn + 4H_2SO_4 \rightarrow 3ZnSO_4 + S + H_2O$
Уравняем водород: слева $4 \cdot 2 = 8$ атомов. Чтобы справа было 8, перед $H_2O$ ставим коэффициент 4.
Проверим кислород: слева $4 \cdot 4 = 16$; справа $3 \cdot 4 + 4 = 16$. Все атомы уравнены.

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Цинк в степени окисления 0 ($Zn^0$) является восстановителем.
Сера в степени окисления +6 ($S^{+6}$ в составе $H_2SO_4$) является окислителем.

Итоговое уравнение:
$4H_2SO_4 + 3Zn = 3ZnSO_4 + S + 4H_2O$

Цинк ($Zn$) — восстановитель.
Серная кислота ($H_2SO_4$) за счет серы ($S^{+6}$) — окислитель.

Ответ: 4H₂SO₄ + 3Zn = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O; Zn — восстановитель, H₂SO₄ (S⁺⁶) — окислитель.

Источник: ФИПИ