Задание №20 — Химические реакции

Решение.

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

1) Определим степени окисления:
В бромоводороде $\text{H}\overset{-1}{\text{Br}}$ бром имеет степень окисления $-1$.
В бромате калия $\text{K}\overset{+5}{\text{Br}}\text{O}_3$ бром имеет степень окисления $+5$ (так как у калия $+1$, у кислорода $-2$, а сумма степеней окисления равна нулю: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +5$).
В продуктах реакции образуется простое вещество бром $\overset{0}{\text{Br}}_2$, где степень окисления равна $0$.
Также образуется бромид калия $\text{K}\overset{-1}{\text{Br}}$, где бром сохраняет степень окисления $-1$.

2) Составим электронный баланс:
Бром из бромоводорода отдаёт электроны (повышает степень окисления), а бром из бромата калия принимает электроны (понижает степень окисления).
$2\text{Br}^{-1} - 2\bar{e} \rightarrow \text{Br}_2^0$ | коэффициент 5 (процесс окисления)
$2\text{Br}^{+5} + 10\bar{e} \rightarrow \text{Br}_2^0$ | коэффициент 1 (процесс восстановления)

3) Суммируем переходы электронов:
Чтобы число отданных и принятых электронов было равным ($10$), нам нужно взять 5 пар ионов $\text{Br}^{-1}$ и 1 пару ионов $\text{Br}^{+5}$.
Итого в правой части перед $\text{Br}_2$ должен стоять коэффициент $5 + 1 = 6$.

4) Расставим коэффициенты в уравнении:
Сначала поставим $2$ перед $\text{KBrO}_3$, чтобы уравнять бром со степенью $+5$. Тогда перед $\text{HBr}$ (восстановителем) по балансу должно быть $10$.
$10\text{HBr} + 2\text{KBrO}_3 \rightarrow 6\text{Br}_2 + 2\text{KBr} + 6\text{H}_2\text{O}$
Заметим, что все коэффициенты чётные, сократим их на 2:
$5\text{HBr} + \text{KBrO}_3 \rightarrow 3\text{Br}_2 + \text{KBr} + 3\text{H}_2\text{O}$

5) Проверим количество атомов:
Бром: слева $5 + 1 = 6$, справа $3 \cdot 2 + 1 = 7$.
Заметим уточнение: В данной реакции часть брома из $\text{KBrO}_3$ переходит в $\text{KBr}$, а часть в $\text{Br}_2$. Правильный баланс для этой специфической реакции (сопропорционирование):
$\text{Br}^{-1} - 1\bar{e} \rightarrow \text{Br}^0$ | 5
$\text{Br}^{+5} + 5\bar{e} \rightarrow \text{Br}^0$ | 1
Итоговое уравнение:
$6\text{HBr} + \text{KBrO}_3 \rightarrow 3\text{Br}_2 + \text{KBr} + 3\text{H}_2\text{O}$

6) Укажем окислитель и восстановитель:
Бром в степени окисления $-1$ (в составе $\text{HBr}$) является восстановителем.
Бром в степени окисления $+5$ (в составе $\text{KBrO}_3$) является окислителем.

Ответ:
$6\text{HBr} + \text{KBrO}_3 = 3\text{Br}_2 + \text{KBr} + 3\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{HBr}$ (или $\text{Br}^{-}$)
Окислитель: $\text{KBrO}_3$ (или $\text{Br}^{+5}$)

Источник: ФИПИ