Номер 9, страница 169 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 39. Окислительно-восстановительные реакции. Глава 5. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции - номер 9, страница 169.

9. В какой из реакций сера выполняет роль восстановителя, а в какой — окислителя?

а) $S + Al \rightarrow Al_2S_3$

б) $S + HNO_3 \rightarrow SO_2 + NO_2 + H_2O$

Составьте уравнения реакций, используя метод электронного баланса.

Для того чтобы определить, какую роль (окислителя или восстановителя) выполняет сера в предложенных реакциях, необходимо проанализировать изменение степеней окисления атомов в ходе каждой реакции. Восстановитель — это атом, молекула или ион, который отдает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции, при этом его степень окисления повышается. Окислитель — это атом, молекула или ион, который принимает электроны, при этом его степень окисления понижается.

а) Решение
Рассмотрим реакцию взаимодействия серы и алюминия: $S + Al \rightarrow Al_2S_3$.
1. Определим степени окисления элементов до и после реакции. Сера ($S$) и алюминий ($Al$) в левой части уравнения являются простыми веществами, поэтому их степени окисления равны 0. В продукте реакции, сульфиде алюминия ($Al_2S_3$), алюминий как металл III группы имеет степень окисления +3, а сера, соответственно, -2.
Схема изменения степеней окисления: $S^0 + Al^0 \rightarrow Al_2^{+3}S_3^{-2}$.
2. Сера изменила свою степень окисления с 0 до -2 ($S^0 \rightarrow S^{-2}$). Это означает, что атом серы принял 2 электрона. Процесс присоединения электронов называется восстановлением. Вещество, атомы которого принимают электроны, является окислителем.
Алюминий, в свою очередь, изменил степень окисления с 0 до +3 ($Al^0 \rightarrow Al^{+3}$), отдав 3 электрона. Он является восстановителем.
3. Составим электронный баланс, чтобы уравнять число отданных и принятых электронов и найти коэффициенты.
$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 (процесс окисления)
$S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2}$ | 3 (процесс восстановления)
Наименьшее общее кратное для чисел электронов (3 и 2) равно 6. Таким образом, коэффициент для алюминия будет 2, а для серы — 3.
4. Запишем итоговое уравнение реакции:
$3S + 2Al \rightarrow Al_2S_3$

Ответ: в реакции а) сера является окислителем. Уравнение реакции: $3S + 2Al \rightarrow Al_2S_3$.

б) Решение
Рассмотрим реакцию взаимодействия серы с азотной кислотой: $S + HNO_3 \rightarrow SO_2 + NO_2 + H_2O$.
1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют. Сера ($S$) как простое вещество имеет степень окисления 0. В продукте реакции, диоксиде серы ($SO_2$), степень окисления серы равна +4. Азот в азотной кислоте ($HNO_3$) имеет степень окисления +5, а в продукте реакции, диоксиде азота ($NO_2$), его степень окисления равна +4.
Схема изменения степеней окисления: $S^0 + H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow S^{+4}O_2^{-2} + N^{+4}O_2^{-2} + H_2O$.
2. Сера изменила свою степень окисления с 0 до +4 ($S^0 \rightarrow S^{+4}$). Это означает, что атом серы отдал 4 электрона. Процесс отдачи электронов называется окислением. Вещество, атомы которого отдают электроны, является восстановителем.
Азот изменил степень окисления с +5 до +4 ($N^{+5} \rightarrow N^{+4}$), приняв 1 электрон. Азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем.
3. Составим электронный баланс:
$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (процесс окисления)
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 4 (процесс восстановления)
Наименьшее общее кратное для чисел электронов (4 и 1) равно 4. Коэффициент для серы (и $SO_2$) будет 1, а для азота (в $HNO_3$ и $NO_2$) — 4.
4. Подставим коэффициенты в уравнение и уравняем остальные элементы (водород и кислород):
$S + 4HNO_3 \rightarrow SO_2 + 4NO_2 + H_2O$
Слева находятся 4 атома водорода (в $4HNO_3$), значит справа перед $H_2O$ нужно поставить коэффициент 2, чтобы получить 4 атома водорода. $S + 4HNO_3 \rightarrow SO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$
Проверим баланс атомов кислорода. Слева: $4 \times 3 = 12$. Справа: $2 + (4 \times 2) + 2 = 2 + 8 + 2 = 12$. Баланс достигнут.

Ответ: в реакции б) сера является восстановителем. Уравнение реакции: $S + 4HNO_3 \rightarrow SO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$.