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 соединении $\text{PH}_3$ (фосфин) водород имеет степень окисления $+1$, следовательно, фосфор имеет степень окисления $-3$.
В простом веществе $\text{O}_2$ степень окисления кислорода равна $0$.
В оксиде $\text{P}_2\text{O}_5$ кислород имеет степень окисления $-2$, тогда фосфор имеет степень окисления $+5$.
В воде $\text{H}_2\text{O}$ кислород имеет степень окисления $-2$, водород $+1$.
Изменения произошли у фосфора и кислорода: $\text{P}^{-3} \rightarrow \text{P}^{+5}$ и $\text{O}_2^0 \rightarrow \text{O}^{-2}$.

2. Составим электронный баланс:
Фосфор отдаёт электроны (окисляется), а кислород принимает электроны (восстанавливается). Учтём индексы в молекулах $\text{P}_2\text{O}_5$ и $\text{O}_2$:
$2\text{P}^{-3} - 16\bar{e} \rightarrow 2\text{P}^{+5}$ (отдано 16 электронов, так как один атом отдаёт 8)
$\text{O}_2^0 + 4\bar{e} \rightarrow 2\text{O}^{-2}$ (принято 4 электрона)
Найдём наименьшее общее кратное для 16 и 4, оно равно 16. Определим множители:
Для фосфора: $16 / 16 = 1$
Для кислорода: $16 / 4 = 4$

3. Расставим коэффициенты в уравнение:
Согласно балансу, перед $\text{P}_2\text{O}_5$ ставим 1, значит перед $\text{PH}_3$ ставим 2 (чтобы уравнять фосфор).
Перед $\text{O}_2$ ставим множитель 4.
Теперь уравняем водород: слева в $2\text{PH}_3$ его $2 \times 3 = 6$ атомов. Чтобы справа было столько же, ставим коэффициент 3 перед $\text{H}_2\text{O}$.
Проверим кислород: справа $5 (\text{в } \text{P}_2\text{O}_5) + 3 (\text{в } \text{H}_2\text{O}) = 8$. Слева $4 \times 2 = 8$. Уравнение верно.

$2\text{PH}_3 + 4\text{O}_2 = \text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O}$

4. Укажем окислитель и восстановитель:
Фосфор в степени окисления $-3$ (или вещество $\text{PH}_3$) отдаёт электроны, значит, он является восстановителем.
Кислород в степени окисления $0$ (или вещество $\text{O}_2$) принимает электроны, значит, он является окислителем.

Восстановитель: $\text{P}^{-3}$ (или $\text{PH}_3$)
Окислитель: $\text{O}_2^0$

Ответ: 2PH₃ + 4O₂ = P₂O₅ + 3H₂O; PH₃ (или P^-3) — восстановитель, O₂ (или O⁰) — окислитель.

Источник: ФИПИ