Задание №20 — Химические реакции

Решение.

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

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
В азотной кислоте $\text{H}\overset{+1}{\text{N}}\overset{+5}{\text{O}}_3^{-2}$ азот имеет степень окисления $+5$.
В сероводороде $\text{H}_2^{+1}\overset{-2}{\text{S}}$ сера имеет степень окисления $-2$.
В серной кислоте $\text{H}_2^{+1}\overset{+6}{\text{S}}\text{O}_4^{-2}$ сера переходит в степень окисления $+6$.
В диоксиде азота $\overset{+4}{\text{N}}\text{O}_2^{-2}$ азот переходит в степень окисления $+4$.

2. Составим уравнения электронного баланса (переход электронов):
Сера повышает степень окисления, отдавая электроны (процесс окисления):
$\text{S}^{-2} - 8\bar{e} \rightarrow \text{S}^{+6}$ (сера отдаёт 8 электронов)
Азот понижает степень окисления, принимая электроны (процесс восстановления):
$\text{N}^{+5} + 1\bar{e} \rightarrow \text{N}^{+4}$ (азот принимает 1 электрон)

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. Оно равно $8$.
Коэффициент перед серой: $8 : 8 = 1$.
Коэффициент перед азотом: $8 : 1 = 8$.

4. Перенесём полученные коэффициенты в уравнение реакции:
Перед $\text{HNO}_3$ и $\text{NO}_2$ ставим коэффициент $8$.
Перед $\text{H}_2\text{S}$ и $\text{H}_2\text{SO}_4$ оставляем коэффициент $1$ (не пишется).
$8\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 + 8\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}$

5. Уравняем количество атомов водорода и проверим кислород:
Слева водорода: $8 \times 1 (\text{в } \text{HNO}_3) + 2 (\text{в } \text{H}_2\text{S}) = 10$.
Справа водорода: $2 (\text{в } \text{H}_2\text{SO}_4)$. Чтобы стало $10$, нужно добавить $8$ атомов водорода, то есть поставить коэффициент $4$ перед водой $\text{H}_2\text{O}$.
Проверим кислород: слева $8 \times 3 = 24$. Справа: $4 (\text{в } \text{H}_2\text{SO}_4) + 8 \times 2 (\text{в } \text{NO}_2) + 4 (\text{в } \text{H}_2\text{O}) = 4 + 16 + 4 = 24$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$8\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{S} = \text{H}_2\text{SO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$

6. Укажем окислитель и восстановитель:
Восстановитель — $\text{H}_2\text{S}$ (или сера в степени окисления $\text{S}^{-2}$).
Окислитель — $\text{HNO}_3$ (или азот в степени окисления $\text{N}^{+5}$).

Ответ:
$8\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{S} = \text{H}_2\text{SO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$
$\text{H}_2\text{S}$ (или $\text{S}^{-2}$) — восстановитель;
$\text{HNO}_3$ (или $\text{N}^{+5}$) — окислитель.

Источник: ФИПИ