7. Окислительно-восстановительные реакции (2 балла) Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в схеме реакции: Al + H₂SO₄ (конц.) → Al₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

Решение:

1. Определим степени окисления элементов:

• Al: 0
• H в H₂SO₄: +1
• S в H₂SO₄: +6
• O в H₂SO₄: -2
• Al в Al₂(SO₄)₃: +3
• S в SO₂: +4
• O в SO₂: -2
• H в H₂O: +1
• O в H₂O: -2

2. Составим электронный баланс:

• Алюминий повышает степень окисления с 0 до +3, отдавая 3 электрона (окислитель):

\( Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \) (окислитель)

• Сера понижает степень окисления с +6 до +4, принимая 2 электрона (восстановитель):

\( S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4} \) (восстановитель)

3. Приведем баланс к целым числам:

Наименьшее общее кратное для 3 и 2 — это 6. Умножим полуреакцию алюминия на 2, а полуреакцию серы на 3:

\( 2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{+3} \)

\( 3S^{+6} + 6e^- \rightarrow 3S^{+4} \)

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

• Перед Al и Al₂(SO₄)₃ ставим коэффициент 2.
• Перед SO₂ ставим коэффициент 3.
• Теперь уравняем серу в сульфат-ионах. В Al₂(SO₄)₃ у нас 2 × 3 = 6 атомов серы. В SO₂ — 3 атома серы. Всего 6 + 3 = 9 атомов серы. Перед H₂SO₄ ставим коэффициент 9.
• Уравняем водород. В 9H₂SO₄ у нас 9 × 2 = 18 атомов водорода. В H₂O должно быть 18 атомов водорода, значит, ставим коэффициент 9.
• Проверим кислород: в 9H₂SO₄ — 9 × 4 = 36 атомов O. В Al₂(SO₄)₃ — 2 × 3 × 4 = 24 атома O. В SO₂ — 3 × 2 = 6 атомов O. В 9H₂O — 9 × 1 = 9 атомов O. Итого: 24 + 6 + 9 = 39 атомов O. В левой части 36, в правой 39. Коэффициент перед H₂SO₄ должен быть 12, а перед H₂O — 6.

Итоговое уравнение:

\( 2Al + 12H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O \)

Ответ: Окислитель — H₂SO₄ (S⁺⁶), Восстановитель — Al (Al⁰). Коэффициенты: 2, 12, 1, 3, 6.