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 азотной кислоте $\text{H}\overset{+1}{\text{N}}\overset{+5}{\text{O}}_3^{-2}$ азот имеет степень окисления $+5$.
В сульфиде свинца $\overset{+2}{\text{Pb}}\overset{-2}{\text{S}}$ сера имеет степень окисления $-2$.
В сульфате свинца $\overset{+2}{\text{Pb}}\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4$ сера переходит в степень окисления $+6$.
В диоксиде азота $\overset{+4}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}}_2$ азот имеет степень окисления $+4$.

2. Составим электронный баланс:
Выпишем процессы отдачи и принятия электронов:
Восстановитель: $\text{S}^{-2} - 8\bar{e} \rightarrow \text{S}^{+6}$ (сера отдает 8 электронов, процесс окисления)
Окислитель: $\text{N}^{+5} + 1\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+4}$ (азот принимает 1 электрон, процесс восстановления)

Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, найдем наименьшее общее кратное для 8 и 1, оно равно 8.
Следовательно, перед азотом нужно поставить коэффициент 8, а перед серой — 1:
$\text{S}^{-2} \xrightarrow{-8\bar{e}} \text{S}^{+6} \mid 1$
$\text{N}^{+5} \xrightarrow{+1\bar{e}} \text{N}^{+4} \mid 8$

3. Расставим коэффициенты в уравнении:
На основании баланса ставим 8 перед $\text{NO}_2$ и 8 перед $\text{HNO}_3$. Перед $\text{PbS}$ и $\text{PbSO}_4$ коэффициенты остаются равными 1.
$8\text{HNO}_3 + \text{PbS} \rightarrow \text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}$
Теперь уравняем водород. Слева 8 атомов $\text{H}$, значит, перед $\text{H}_2\text{O}$ нужно поставить коэффициент 4:
$8\text{HNO}_3 + \text{PbS} = \text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$

Проверим кислород: слева $8 \times 3 = 24$. Справа $4 + 8 \times 2 + 4 = 4 + 16 + 4 = 24$. Уравнение составлено верно.

4. Укажем окислитель и восстановитель:
Сера в степени окисления $-2$ (в составе $\text{PbS}$) является восстановителем.
Азот в степени окисления $+5$ (в составе $\text{HNO}_3$) является окислителем.

Ответ:
$8\text{HNO}_3 + \text{PbS} = \text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{PbS}$ (или $\text{S}^{-2}$)
Окислитель: $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$)

Источник: ФИПИ