Номер 30, страница 66 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 7. Кислород, сера и их соединения - номер 30, страница 66.

Условие.

30. Составьте уравнение реакции горения чёрного пороха, расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

Решение.

Решение 2.

30. Решение

Чёрный порох является механической смесью калиевой селитры ($KNO_3$), серы ($S$) и угля ($C$). Реакция горения чёрного пороха — это сложный окислительно-восстановительный процесс. Одно из наиболее распространённых упрощённых уравнений этой реакции выглядит так:

$KNO_3 + S + C \rightarrow K_2S + N_2 + CO_2$

Для того чтобы расставить коэффициенты, применим метод электронного баланса. Сначала определим степени окисления элементов, которые изменяются в ходе реакции.

Степени окисления до реакции (в реагентах):
$K\overset{+1}{}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O_3}$, $\overset{0}{S}$, $\overset{0}{C}$

Степени окисления после реакции (в продуктах):
$K_2\overset{-2}{S}$, $\overset{0}{N_2}$, $\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}$

Изменение степеней окисления показывают следующие элементы:
Углерод ($C$) повышает степень окисления с 0 до +4, следовательно, он является восстановителем.
Азот ($N$) понижает степень окисления с +5 до 0, следовательно, он является окислителем.
Сера ($S$) понижает степень окисления с 0 до -2, следовательно, она также является окислителем.

Составим схемы полуреакций окисления и восстановления. Учтём, что молекула азота двухатомна.

Процесс окисления (отдача электронов):
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$

Процессы восстановления (принятие электронов):
$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0$
$S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2}$

Теперь необходимо составить электронный баланс: общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителями.

Подберём коэффициенты для полуреакций так, чтобы количество отданных и принятых электронов было одинаковым. Из продуктов реакции видно, что на 1 атом серы в $K_2S$ приходится 1 молекула $N_2$. Значит, на 1 процесс восстановления серы ($S^0 \rightarrow S^{-2}$) приходится 1 процесс восстановления азота ($2N^{+5} \rightarrow N_2^0$).
Суммарно окислители принимают: $10e^- + 2e^- = 12e^-$.

Восстановитель (углерод) должен отдать 12 электронов. Так как один атом углерода отдает 4 электрона, то для отдачи 12 электронов потребуется 3 атома углерода: $3 \times 4e^- = 12e^-$.

Таким образом, в реакции участвуют 3 атома углерода, 1 атом серы и 2 атома азота. Запишем эти коэффициенты в виде множителей для полуреакций:
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4} \quad | \cdot 3$
$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0 \quad | \cdot 1$
$S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2} \quad | \cdot 1$

Теперь мы можем расставить эти коэффициенты в уравнении реакции:
Коэффициент 3 ставим перед $C$ и $CO_2$.
Коэффициент 1 ставим перед $S$ и $K_2S$.
Коэффициент 1 ставим перед $N_2$. Так как в молекуле $N_2$ два атома азота, то перед $KNO_3$ необходимо поставить коэффициент 2.

Получаем уравнение:

$2KNO_3 + S + 3C \rightarrow K_2S + N_2 + 3CO_2$

Проверим правильность расстановки коэффициентов, посчитав число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:
Слева: $K=2$, $N=2$, $O=2 \times 3 = 6$, $S=1$, $C=3$
Справа: $K=2$, $S=1$, $N=2$, $C=3$, $O=3 \times 2 = 6$
Число атомов всех элементов совпадает, следовательно, коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $2KNO_3 + S + 3C \rightarrow K_2S + N_2 + 3CO_2$.