5. Химия Решить ОBP: H2SO4 + Zn → ZnSO4 + S + H2O

Решение:

• Реакция между серной кислотой (H₂SO₄) и цинком (Zn) является окислительно-восстановительной (ОВР).
• Серная кислота выступает как окислитель (S⁺⁶ → S⁰), а цинк — как восстановитель (Zn⁰ → Zn⁺²).
• Для балансировки ОВР можно использовать метод электронного баланса:
  • Zn⁰ → Zn⁺² + 2e⁻ (окисление)
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰ (восстановление)
• Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, первую реакцию умножаем на 3, вторую — на 1:
  • 3Zn⁰ → 3Zn⁺² + 6e⁻
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
• Суммируем уравнения: 3Zn + S⁺⁶ → 3Zn⁺² + S⁰
• Подставляем коэффициенты в исходное уравнение:
• 3H₂SO₄ + 3Zn → 3ZnSO₄ + S + H₂O
• Далее уравниваем водород и кислород. В данном случае, чтобы уравнять водород, необходимо поставить коэффициент 4 перед H₂SO₄. Однако, в правой части у нас только 1 атом серы, поэтому нужно пересмотреть балансировку.
• Корректная балансировка с учетом всех элементов:
  • Zn⁰ → Zn⁺² + 2e⁻
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
  • Умножаем первое уравнение на 3, второе на 1: 3Zn - 6e⁻, S + 6e⁻
  • Суммируем: 3Zn + S → 3Zn⁺² + S⁰
  • Теперь подставим в уравнение: 3Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + S + H₂O
  • Уравняем серу: 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + H₂O
  • Уравняем водород: 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O
  • Проверим кислород: 4*4 = 16 в левой части. В правой части: 3*4 + 1 + 4*1 = 12 + 1 + 4 = 17. Не совпадает.
  • Вернемся к электронному балансу. Возможно, я допустила ошибку в интерпретации.
  • Давайте попробуем без полного электронного баланса, а по стандартному методу уравнивания.
  • H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + S + H₂O
  • Уравняем цинк: H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + S + H₂O (1:1)
  • Уравняем серу: H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + S + H₂O (1:1, но во второй сульфат-группе сера +6, а здесь 0)
  • Это задача на окислительно-восстановительные реакции.
  • Окислитель: H₂SO₄ (S⁺⁶), Восстановитель: Zn⁰
  • Продукты: ZnSO₄ (Zn⁺²), S⁰
  • Электронный баланс:
  • Zn⁰ → Zn⁺² + 2e⁻ (окислитель)
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰ (восстановитель)
  • Умножим первую полуреакцию на 3, вторую на 1:
  • 3Zn⁰ → 3Zn⁺² + 6e⁻
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
  • Собираем: 3Zn + S⁺⁶ → 3Zn⁺² + S⁰
  • Теперь расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении:
  • 3Zn + 3H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + H₂O (уравняли Zn и S⁺⁶/S⁰)
  • Уравняем водород: 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + H₂O
  • Уравняем кислород:
  • Левая часть: 4 * 4 = 16 атомов O.
  • Правая часть: 3 * 4 (в ZnSO₄) + 1 (в S) + 1 * 1 (в H₂O) = 12 + 1 + 1 = 14 атомов O.
  • Необходимо увеличить количество воды.
  • Попробуем снова, с акцентом на сере:
  • H₂SO₄ (S⁺⁶) + Zn⁰ → ZnSO₄ (Zn⁺²) + S⁰ + H₂O
  • Zn⁰ - 2e⁻ → Zn⁺²
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
  • Умножаем первую на 3, вторую на 1.
  • 3Zn⁰ → 3Zn⁺² + 6e⁻
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
  • Получаем: 3Zn + S⁺⁶ → 3Zn⁺² + S⁰
  • Теперь подставляем в уравнение:
  • 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O
  • Проверяем:
  • Zn: 3 слева, 3 справа - верно.
  • S: 4 в H₂SO₄ + 1 в S = 5 слева. 3 в ZnSO₄ + 1 в S = 4 справа. Неверно.
  • Это означает, что серная кислота является и источником протонов (H⁺), и окислителем (S⁺⁶).
  • Давайте пересмотрим электронный баланс, учитывая, что H₂SO₄ может выступать и как окислитель, и как кислота.
  • Zn⁰ → Zn⁺² + 2e⁻
  • S⁺⁶ + 6e⁻ → S⁰
  • Коэффициенты: 3 и 1.
  • 3Zn + S → 3Zn⁺² + S⁰
  • Это означает, что 3 атома цинка окислились, а 1 атом серы восстановился.
  • Из этого следует, что для окисления 3 атомов цинка нам нужно 3 атома серы из серной кислоты.
  • 3Zn + 3H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + H₂O
  • Теперь уравниваем водород: 3*2 = 6 атомов H слева.
  • 3Zn + 3H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 3H₂O
  • Проверяем кислород: 3*4 = 12 слева. 3*4 (в ZnSO₄) + 3*1 (в H₂O) = 12 + 3 = 15 справа. Не совпадает.
  • Изменим количество серной кислоты, чтобы учесть и восстановление серы, и образование сульфата цинка.
  • Используем метод подстановки и проверки.
  • 3Zn + xH₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + yH₂O
  • Уравняем цинк: 3Zn (слева) = 3Zn (справа)
  • Уравняем серу: x (в H₂SO₄) = 3 (в ZnSO₄) + 1 (в S) = 4. То есть, x = 4.
  • 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + yH₂O
  • Уравняем водород: 4*2 = 8 (слева). Значит, y*2 = 8, откуда y = 4.
  • 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O
  • Проверим кислород: 4*4 = 16 (слева). 3*4 + 4*1 = 12 + 4 = 16 (справа).
  • Все элементы уравнены.

  Ответ: 3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O