Задание №2. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой HNO3 + CuS → CuSO4 + NO + H2O Определите окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:
• HNO₃: H⁺¹N⁺⁵O₃^-2
• CuS: Cu⁺²S^-2
• CuSO₄: Cu⁺²S⁺⁶O₄^-2
• NO: N⁺²O^-2
• H₂O: H⁺¹O^-2
2. Определим элементы, которые изменили степени окисления:
• Сера (S) изменила степень окисления с -2 до +6.
• Азот (N) изменил степень окисления с +5 до +2.
3. Составим электронный баланс:
• S^-2 → S⁺⁶ + 8e^- (окисление, восстановитель)
• N⁺⁵ + 3e^- → N⁺² (восстановление, окислитель)
4. Для того чтобы число отданных и принятых электронов было одинаковым, найдем наименьшее общее кратное для 8 и 3, которое равно 24.
5. Умножим полуреакцию окисления на 3, а полуреакцию восстановления на 8:
• 3S^-2 → 3S⁺⁶ + 24e^-
• 8N⁺⁵ + 24e^- → 8N⁺²
6. Коэффициенты для CuS и NO будут 3 и 8 соответственно.
7. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
• HNO₃ + CuS → CuSO₄ + NO + H₂O
• 3HNO₃ + 1CuS → 1CuSO₄ + 8NO + H₂O
• Балансируем серу: 1 атом S в CuS и 1 атом S в CuSO₄. Коэффициент 1 перед CuS и CuSO₄.
• 3HNO₃ + 1CuS → 1CuSO₄ + 8NO + H₂O
• Балансируем азот: 8 атомов N в NO. Значит, перед HNO₃ должно быть 8 атомов N. Ставим коэффициент 8 перед HNO₃.
• 8HNO₃ + 1CuS → 1CuSO₄ + 8NO + H₂O
• Теперь нужно проверить и скорректировать кислород и водород.
• В исходных веществах: 8*3 (HNO₃) = 24 атома O.
• В продуктах: 4 (CuSO₄) + 8*1 (NO) = 4 + 8 = 12 атомов O.
• Не хватает 12 атомов O.
• Попробуем скорректировать коэффициент перед H₂O.
• Считаем водород: в 8HNO₃ - 8 атомов H. В H₂O должно быть 8 атомов H, значит, перед H₂O ставим коэффициент 4.
• 8HNO₃ + 1CuS → 1CuSO₄ + 8NO + 4H₂O
• Проверяем кислород:
• Слева: 8*3 (HNO₃) = 24 O.
• Справа: 4 (CuSO₄) + 8*1 (NO) + 4*1 (H₂O) = 4 + 8 + 4 = 16 O.
• Все еще не сходится.
• Вернемся к электронному балансу. Коэффициенты для S и N верны: 3 и 8.
• 3S^-2 → 3S⁺⁶ + 24e^-
• 8N⁺⁵ + 24e^- → 8N⁺²
• Уравнение: HNO₃ + CuS → CuSO₄ + NO + H₂O
• Ставим коэффициенты из баланса:
• 3CuS → 3CuSO₄ (балансируем Cu и S)
• 8HNO₃ → 8NO (балансируем N)
• 3CuS + 8HNO₃ → 3CuSO₄ + 8NO + H₂O
• Теперь считаем водород: 8 атомов H в 8HNO₃. Значит, перед H₂O ставим коэффициент 4.
• 3CuS + 8HNO₃ → 3CuSO₄ + 8NO + 4H₂O
• Проверяем кислород:
• Слева: 8*3 (HNO₃) = 24 O.
• Справа: 3*4 (CuSO₄) + 8*1 (NO) + 4*1 (H₂O) = 12 + 8 + 4 = 24 O.
• Кислород сходится.
8. Определим окислитель и восстановитель:
• Восстановитель — вещество, атом которого отдаёт электроны (степень окисления повышается). В данном случае это CuS (S^-2).
• Окислитель — вещество, атом которого принимает электроны (степень окисления понижается). В данном случае это HNO₃ (N⁺⁵).

Ответ: 3CuS + 8HNO₃ → 3CuSO₄ + 8NO + 4H₂O. Окислитель — HNO₃, восстановитель — CuS.