4. Запишите уравнения реакций при условии, что в соединении сера проявляет валентность IV: а) сера и кислород; б) оксид меди(II) и водород; в) кальций и серная кислота. Составьте схемы перехода электронов от атомов-восстановителей к атомам-окислителям.

Решение:

а) Сера и кислород

Сера (валентность IV) + Кислород → Оксид серы(IV)

\( SO_2 \)

Уравнение реакции:

\( S^0 + O_2^0 \rightarrow SO_2^{+4} \)

Схема перехода электронов:

S⁰ - 4e^- → S⁺⁴ (восстановитель)

O₂⁰ + 4e^- → 2O^-2 (окислитель)

б) Оксид меди(II) и водород

Оксид меди(II) + Водород (сера имеет валентность IV) → Сера → Медь + Вода

Так как сера проявляет валентность IV, а водород выступает в роли восстановителя, то реагентом, содержащим серу, может быть, например, сероводород (H₂S), где сера имеет валентность -2, или диоксид серы (SO₂), где сера имеет валентность +4. В данном случае, если сера проявляет валентность IV, то, скорее всего, речь идет о реакции, где сера является продуктом, а не реагентом с валентностью IV. Однако, если условие задачи означает, что в результате реакции образуется соединение, где сера имеет валентность IV, то это может быть SO2. Но вопрос звучит "в соединении сера проявляет валентность IV", что может означать, что сера изначально в соединении с валентностью IV. Если же имеется в виду, что сера в результате реакции получает валентность IV, то это может быть, например, восстановление серной кислоты. Рассмотрим случай, если сера уже имеет валентность IV в реагенте.

Если имеется в виду, что сера проявляет валентность IV в одном из реагентов, и происходит реакция с оксидом меди(II) и водородом, то можно предположить реакцию восстановления оксида меди(II) водородом и одновременно окисление или восстановление серы. Но задача сформулирована неоднозначно. Предположим, что речь идёт о реакции, где SO2 реагирует с CuO.

CuO⁺² + H₂⁰ → Cu⁰ + H₂O

S⁺⁴ + 2H₂⁰ → H₂S^-2 (в данном случае сера восстанавливается)

Если же речь идёт о серине валентности IV (например, SO2), и она реагирует с оксидом меди(II) и водородом, то это может быть:

2CuO + SO₂ + 2H₂ → 2Cu + H₂SO₄

В этом случае сера в SO₂ (+4) окисляется до H₂SO₄ (+6). Медь в CuO (+2) восстанавливается до Cu (0).

Уравнение реакции:

\( 2CuO + SO_2 + 2H_2 \rightarrow 2Cu + H_2SO_4 \)

Схема перехода электронов:

S⁺⁴ - 2e^- → S⁺⁶ (восстановитель)

Cu⁺² + 2e^- → Cu⁰ (окислитель)

в) Кальций и серная кислота

Кальций + Серная кислота → Сульфат кальция + Водород

Ca⁰ + H₂SO₄⁺⁶ → CaSO₄⁺⁶ + H₂⁰

Уравнение реакции:

\( Ca^0 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2 \)

Схема перехода электронов:

Ca⁰ - 2e^- → Ca⁺² (восстановитель)

2H⁺¹ + 2e^- → H₂⁰ (окислитель)

Ответ:

а) \( S + O_2 \rightarrow SO_2 \)

б) \( 2CuO + SO_2 + 2H_2 \rightarrow 2Cu + H_2SO_4 \)

в) \( Ca + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2 \)