Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые меняют их в ходе реакции:
В азотной кислоте $\text{H}\text{N}^{+5}\text{O}_3$ азот имеет степень окисления $+5$.
В сульфиде меди(II) $\text{Cu}\text{S}^{-2}$ сера имеет степень окисления $-2$.
В сульфате меди(II) $\text{Cu}\text{S}^{+6}\text{O}_4$ сера имеет степень окисления $+6$.
В оксиде азота(II) $\text{N}^{+2}\text{O}$ азот имеет степень окисления $+2$.
Медь $\text{Cu}^{+2}$ и водород $\text{H}^{+}$ своих степеней окисления не меняют.

2. Составим электронный баланс, выписав процессы отдачи и принятия электронов:
Восстановитель (сера) отдает электроны:
$\text{S}^{-2} - 8\bar{e} \rightarrow \text{S}^{+6}$ (процесс окисления)
Окислитель (азот) принимает электроны:
$\text{N}^{+5} + 3\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+2}$ (процесс восстановления)

3. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа переданных электронов (8 и 3). НОК равно 24.
Разделим НОК на количество электронов в каждом процессе, чтобы получить основные коэффициенты:
Для серы: $24 : 8 = 3$
Для азота: $24 : 3 = 8$

4. Перенесем полученные коэффициенты в уравнение реакции:
Поставим коэффициент 3 перед веществами, содержащими серу ($\text{CuS}$ и $\text{CuSO}_4$).
Поставим коэффициент 8 перед веществами, содержащими азот ($\text{HNO}_3$ и $\text{NO}$).
Уравнение примет вид:
$8\text{HNO}_3 + 3\text{CuS} = 3\text{CuSO}_4 + 8\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$
Проверим количество атомов водорода: слева 8, справа $4 \cdot 2 = 8$.
Проверим количество атомов кислорода: слева $8 \cdot 3 = 24$, справа $3 \cdot 4 + 8 \cdot 1 + 4 \cdot 1 = 12 + 8 + 4 = 24$. Коэффициенты расставлены верно.

5. Укажем окислитель и восстановитель:
$\text{S}^{-2}$ (в составе $\text{CuS}$) — восстановитель.
$\text{N}^{+5}$ (в составе $\text{HNO}_3$) — окислитель.

Ответ:
$8\text{HNO}_3 + 3\text{CuS} = 3\text{CuSO}_4 + 8\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$
Восстановитель: $\text{CuS}$ (или $\text{S}^{-2}$)
Окислитель: $\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$)

Источник: ФИПИ