Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, сначала определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе химической реакции.

1. Определим степени окисления:
В левой части уравнения:
В серной кислоте $H_{2}S^{+6}O_{4}$ сера имеет степень окисления $+6$.
Алюминий $Al^{0}$ — простое вещество, его степень окисления равна $0$.
В правой части уравнения:
В сероводороде $H_{2}S^{-2}$ сера имеет степень окисления $-2$.
В сульфате алюминия $Al_{2}^{+3}(SO_{4})_{3}$ алюминий имеет степень окисления $+3$.

2. Составим электронный баланс:
Алюминий отдаёт электроны (окисляется):
$Al^{0} - 3\bar{e} \rightarrow Al^{+3}$ | коэффициент 8 (процесс окисления)
Сера принимает электроны (восстанавливается):
$S^{+6} + 8\bar{e} \rightarrow S^{-2}$ | коэффициент 3 (процесс восстановления)

3. Находим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. Это число 24. Делим 24 на 3 (электроны алюминия) и получаем коэффициент 8. Делим 24 на 8 (электроны серы) и получаем коэффициент 3.

4. Переносим коэффициенты в уравнение реакции:
Ставим 8 перед алюминием слева. Так как справа в молекуле $Al_{2}(SO_{4})_{3}$ уже есть два атома алюминия, перед всей формулой ставим коэффициент 4 ($4 \times 2 = 8$).
Ставим 3 перед $H_{2}S$.
Теперь посчитаем общее количество атомов серы в правой части: 3 атома в $3H_{2}S$ и $4 \times 3 = 12$ атомов в $4Al_{2}(SO_{4})_{3}$. Итого $3 + 12 = 15$. Значит, перед $H_{2}SO_{4}$ ставим коэффициент 15.
Посчитаем водород слева: $15 \times 2 = 30$. Справа в $3H_{2}S$ уже есть 6 атомов. Остаётся $30 - 6 = 24$. Чтобы получить 24 атома водорода в воде, ставим перед $H_{2}O$ коэффициент 12 ($12 \times 2 = 24$).
Проверяем кислород: слева $15 \times 4 = 60$. Справа $4 \times 12 + 12 = 48 + 12 = 60$. Всё верно.

Итоговое уравнение:
$15H_{2}SO_{4} + 8Al = 3H_{2}S + 4Al_{2}(SO_{4})_{3} + 12H_{2}O$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Алюминий $Al$ (или $Al^{0}$) является восстановителем.
Серная кислота $H_{2}SO_{4}$ (за счёт серы $S^{+6}$) является окислителем.

Ответ: 15H₂SO₄ + 8Al = 3H₂S + 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O; Al — восстановитель, H₂SO₄ (S⁺⁶) — окислитель.

Источник: ФИПИ