Задание
Используя метод электронного баланса, подобрать коэффициенты уравнения реакции тиосульфата натрия с хроматом калия в растворе, подкисленном серной кислотой:
Na₂S₂O₃ + K₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O
Решение
Если определить степень окисления серы в тиосульфате натрия (см., например, задание Х-20), то её номинальное значение получится равным +2. Поскольку в правой части уравнения S входит в состав только сульфатов (где у неё степень окисления +6), то в рассматриваемой реакции она окисляется (служит восстановителем).
У Cr в хромате калия K₂CrO₄ степень окисления +6, а в сульфате Cr₂(SO₄)₃ она +3. Отсюда следует, что хром по ходу реакции восстанавливается (является окислителем).
Для перехода серы из степени окисления +2 до +6 её атомы должны потерять 4 электрона, а для перехода хрома из степени окисления +6 до +3 его атомам надо принять 3 электрона:
S⁺² – 4e⁻ = S⁺⁶ (окисление)
Cr⁺⁶ + 3e⁻ = Cr⁺³ (восстановление)
Стоит обратить внимание на формулы фигурирующих в уравнении веществ: сера в тиосульфате и хром в сульфате имеют индекс 2. В этой связи целесообразно (для большего удобства в дальнейшем) при составлении диаграммы электронного баланса удвоить числа, записав выражения для окисления и восстановления следующим образом:
S⁺²₂ – 8e⁻ = 2S⁺⁶
2Cr⁺⁶ + 6e⁻ = Cr⁺³₂
Наименьшее общее кратное между числом отданных (8) и принятых (6) электронов равно 24. Отобразим это на диаграмме:
Находим и записываем множители для процессов окисления (24 : 8 = 3) и восстановления (24 : 6 = 4):
Отобразим взаимодействие между восстановителем и окислителем в виде единого равенства и с учётом найденных значений множителей:
Такая запись сразу позволяет поставить нужные коэффициенты в уравнении реакции у Na₂S₂O₃, K₂CrO₄ и Cr₂(SO₄)₃:
3Na₂S₂O₃ + 8K₂CrO₄ + _ H₂SO₄ = _ Na₂SO₄ + _ K₂SO₄ + 4Cr₂(SO₄)₃ + _ H₂O
(с серой в данном случае лучше повременить, так как в правой части уравнения она фигурирует в разных соединениях, а в левой – ещё и с разными степенями окисления).
Зная коэффициенты у Na₂S₂O₃ и K₂CrO₄ сбалансируем числа атомов натрия и калия в правой части уравнения:
3Na₂S₂O₃ + 8K₂CrO₄ + _ H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + 8K₂SO₄ + 4Cr₂(SO₄)₃ + _ H₂O
В правой части 3 + 8 + 4·3 = 23 атома серы, а в левой части их 6 (в составе тиосульфата), следовательно, чтобы уравнять там серу нужно 23 – 6 = 17 молекул серной кислоты:
3Na₂S₂O₃ + 8K₂CrO₄ + 17H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + 8K₂SO₄ + 4Cr₂(SO₄)₃ + _ H₂O
Водород в правой части входит только в состав воды. Чтобы сбалансировать его, понадобится 17 молекул H₂O:
3Na₂S₂O₃ + 8K₂CrO₄ + 17H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + 8K₂SO₄ + 4Cr₂(SO₄)₃ + 17H₂O
Последний элемент, число атомов которого мы ещё не пытались уравнять, это кислород. Свойство метода электронного баланса таково, что если до этого всё было сделано правильно, то количества атомов последнего оставшегося элемента (в данном случае кислорода) в обеих частях уравнения должно совпасть. Считаем:
Слева: 3·3 + 8·4 + 17·4 = 109
Справа: 3·4 + 8·4 + 4·4·3 + 17 = 109
Полученный результат говорит, что уравнение реакции полностью сбалансировано и задача решена.
Ответ
3Na₂S₂O₃ + 8K₂CrO₄ + 17H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + 8K₂SO₄ + 4Cr₂(SO₄)₃ + 17H₂O
Другие задания, имеющиеся на канале, можно найти здесь: