Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В левой части уравнения:
$\text{B}^0$ — простое вещество, степень окисления равна $0$.
В $\text{HBrO}_3$ (бромноватая кислота) водород имеет степень окисления $+1$, кислород $-2$. Вычислим степень окисления брома: $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +5$. Значит, $\text{Br}^{+5}$.
В правой части уравнения:
В $\text{H}_3\text{BO}_3$ (борная кислота) водород $+1$, кислород $-2$. Вычислим степень окисления бора: $3 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +3$. Значит, $\text{B}^{+3}$.
В $\text{HBr}$ (бромоводород) водород $+1$, тогда бром имеет степень окисления $-1$. Значит, $\text{Br}^{-1}$.

2. Составим электронный баланс:
Бор отдаёт электроны (окисляется):
$\text{B}^0 - 3\bar{e} \rightarrow \text{B}^{+3}$ (процесс окисления)
Бром принимает электроны (восстанавливается):
$\text{Br}^{+5} + 6\bar{e} \rightarrow \text{Br}^{-1}$ (процесс восстановления)

3. Найдём наименьшее общее кратное и коэффициенты:
Наименьшее общее кратное для $3$ и $6$ равно $6$.
Коэффициент для бора: $6 : 3 = 2$.
Коэффициент для брома: $6 : 6 = 1$.
Запишем это в виде схемы:
$\begin{array}{l|c|r} \text{B}^0 - 3\bar{e} \rightarrow \text{B}^{+3} & 2 & \text{восстановитель} \\ \text{Br}^{+5} + 6\bar{e} \rightarrow \text{Br}^{-1} & 1 & \text{окислитель} \end{array}$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Поставим $2$ перед веществами, содержащими бор, и $1$ перед веществами, содержащими бром:
$2\text{B} + \text{HBrO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_3\text{BO}_3 + \text{HBr}$
Проверим количество атомов водорода: справа $2 \cdot 3 + 1 = 7$, слева в $\text{HBrO}_3$ уже есть $1$, значит, на воду должно приходиться $6$ атомов водорода. Ставим коэффициент $3$ перед $\text{H}_2\text{O}$:
$2\text{B} + \text{HBrO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} = 2\text{H}_3\text{BO}_3 + \text{HBr}$
Проверим кислород: слева $3 + 3 = 6$, справа $2 \cdot 3 = 6$. Уравнение составлено верно.

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Восстановитель — $\text{B}$ (или $\text{B}^0$).
Окислитель — $\text{HBrO}_3$ (или $\text{Br}^{+5}$).

Ответ:
$2\text{B} + \text{HBrO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} = 2\text{H}_3\text{BO}_3 + \text{HBr}$
Бор ($\text{B}$) является восстановителем.
Бромноватая кислота ($\text{HBrO}_3$) является окислителем.

Источник: ФИПИ