Номер 241, страница 217 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.241. На фосфид натрия подействовали избытком концентрированной серной кислоты. Запишите уравнение реакции.

Взаимодействие фосфида натрия ($Na_3P$) с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) является окислительно-восстановительной реакцией. Фосфид натрия является сильным восстановителем за счет фосфора в низшей степени окисления -3. Концентрированная серная кислота — сильный окислитель за счет серы в высшей степени окисления +6.

1. Определим исходные вещества и продукты реакции.
- Восстановитель: Фосфор в фосфиде натрия ($Na_3\overset{-3}{P}$) окисляется. Продуктом окисления в кислой среде является ортофосфорная кислота, где фосфор имеет высшую степень окисления +5 ($H_3\overset{+5}{P}O_4$).
- Окислитель: Сера в концентрированной серной кислоте ($H_2\overset{+6}{S}O_4$) восстанавливается. При реакции с сильными восстановителями она обычно восстанавливается до сернистого газа, где сера имеет степень окисления +4 ($\overset{+4}{S}O_2$).
- Другие продукты: Ионы натрия ($Na^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), имеющиеся в избытке, образуют соль — сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Также в реакции образуется вода ($H_2O$).

2. Составим схему реакции:
$Na_3P + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow Na_2SO_4 + H_3PO_4 + SO_2 + H_2O$

3. Уравняем реакцию методом электронного баланса. Для этого запишем полуреакции окисления и восстановления:
$P^{-3} - 8e^- \rightarrow P^{+5}$ | 1 (окисление)
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 4 (восстановление)

4. Наименьшее общее кратное для числа отданных (8) и принятых (2) электронов равно 8. Это означает, что на 1 атом фосфора должно приходиться $8 / 2 = 4$ атома серы, которые меняют свою степень окисления.
Чтобы избежать дробных коэффициентов для сульфата натрия при последующем уравнивании, удвоим исходные пропорции. Возьмём 2 атома фосфора и 8 атомов серы.
$2 \times (P^{-3} - 8e^- \rightarrow P^{+5})$
$8 \times (S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4})$
Это дает нам коэффициенты: 2 перед $Na_3P$ и $H_3PO_4$, и 8 перед $SO_2$.
$2Na_3P + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_3PO_4 + 8SO_2 + H_2O$

5. Расставим остальные коэффициенты, уравнивая число атомов каждого элемента:
- Натрий (Na): слева $2 \times 3 = 6$ атомов. Чтобы справа было 6, ставим коэффициент 3 перед $Na_2SO_4$.
$2Na_3P + H_2SO_4 \rightarrow 3Na_2SO_4 + 2H_3PO_4 + 8SO_2 + H_2O$
- Сера (S): справа $3$ атома в $3Na_2SO_4$ и $8$ атомов в $8SO_2$, всего $3 + 8 = 11$ атомов. Значит, слева перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 11.
$2Na_3P + 11H_2SO_4 \rightarrow 3Na_2SO_4 + 2H_3PO_4 + 8SO_2 + H_2O$
- Водород (H): слева $11 \times 2 = 22$ атома. Справа $2 \times 3 = 6$ атомов в $2H_3PO_4$. Не хватает $22 - 6 = 16$ атомов. Ставим коэффициент 8 перед $H_2O$.
$2Na_3P + 11H_2SO_4 \rightarrow 3Na_2SO_4 + 2H_3PO_4 + 8SO_2 + 8H_2O$
- Кислород (O) (проверка): слева $11 \times 4 = 44$ атома. Справа $(3 \times 4) + (2 \times 4) + (8 \times 2) + 8 = 12 + 8 + 16 + 8 = 44$ атома.
Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Na_3P + 11H_2SO_4 (конц.) \rightarrow 3Na_2SO_4 + 2H_3PO_4 + 8SO_2\uparrow + 8H_2O$