3. Дана реакция: HI + H₂SO₄ → I₂ + H₂S + H₂O a) Определите степень окисления каждого элемента. б) напишите электронный баланс В) назовите окислитель, восстановитель 2) расставьте коэффициенты Уравнение реакции

Решение:

a) Определение степеней окисления:

• В HI: H = +1, I = -1
• В H₂SO₄: H = +1, S = +6, O = -2
• В I₂: I = 0
• В H₂S: H = +1, S = -2
• В H₂O: H = +1, O = -2

б) Электронный баланс:

Окисление:

\[ 2 \times I^{-1} - 2e^{-} \rightarrow I_2^0 \]

Восстановление:

\[ S^{+6} + 8e^{-} \rightarrow S^{-2} \]

В) Окислитель и восстановитель:

• Окислитель: H₂SO₄ (сера с +6 до -2)
• Восстановитель: HI (йод с -1 до 0)

г) Расстановка коэффициентов:

Умножим процесс окисления на 8, а процесс восстановления на 1:

\[ 16HI + H_2SO_4 \rightarrow 8I_2 + H_2S + H_2O \]

Добавим коэффициенты:

• У йода: \( 16HI \rightarrow 8I_2 \)
• У серы: \( H_2SO_4 \rightarrow H_2S \)
• Считаем водород: слева 16 + 2 = 18. Справа 2. Значит, перед H₂O ставим 9. \( 18H \rightarrow 2H + 18H \)
• Считаем кислород: справа 9. Слева 4. Не сходится.

Снова составляем баланс:

\[ 2 \times I^{-1} - 2e^{-} \rightarrow I_2^0 \quad | \times 4 \]
\[ S^{+6} + 8e^{-} \rightarrow S^{-2} \quad | \times 1 \]

Умножаем коэффициенты:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + H_2O \]

Считаем водород:

\[ 8H(\text{из } HI) + 2H(\text{из } H_2SO_4) = 10H \]

Считаем водород справа:

\[ 2H(\text{из } H_2S) + 2H(\text{из } H_2O) = 4H \]

Нужен коэффициент 5 перед H₂O:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + 5H_2O \]

Проверяем кислород:

\[ \text{Слева: } 4O \]
\[ \text{Справа: } 5O \]

Не сходится. Вернемся к первой попытке баланса:

\[ 2 \times I^{-1} - 2e^{-} \rightarrow I_2^0 \quad | \times 8 \]
\[ S^{+6} + 8e^{-} \rightarrow S^{-2} \quad | \times 1 \]

Умножаем коэффициенты:

\[ 16HI + H_2SO_4 \rightarrow 8I_2 + H_2S + H_2O \]

Теперь считаем водород:

\[ 16H (\text{из } HI) + 2H (\text{из } H_2SO_4) = 18H \]

Считаем водород справа:

\[ 2H (\text{из } H_2S) + 2H (\text{из } H_2O) = 4H \]

Не сходится. Попробуем с другим коэффициентом:

\[ 2I^- \rightarrow I_2 + 2e^- \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \]

Умножаем первое уравнение на 4:

\[ 8I^- \rightarrow 4I_2 + 8e^- \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \]

Итоговое уравнение:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + H_2O \]

Считаем водород:

\[ 8H (\text{из } HI) + 2H (\text{из } H_2SO_4) = 10H \]

Считаем водород справа:

\[ 2H (\text{из } H_2S) + 2H (\text{из } H_2O) = 4H \]

Не сходится. Попробуем сделать общий коэффициент для серы 4:

\[ 2I^- \rightarrow I_2 + 2e^- \quad | \times 4 \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \quad | \times 1 \]

Приходим к тому же. Проверим правильность исходной реакции. Если в H₂SO₄ сера имеет степень окисления +6, то она может принять 8 электронов, превратившись в H₂S (где сера имеет -2). В HI йод имеет -1 и отдает 2 электрона, превращаясь в I₂ (где йод имеет 0). Для баланса нужно, чтобы количество отданных электронов равнялось количеству принятых. Наименьшее общее кратное для 2 и 8 равно 8. Значит, йод должен отдать 8 электронов, а сера принять 8 электронов. Это значит, что 4 молекулы HI должны прореагировать (4 * 2 = 8 электронов), и 1 молекула H₂SO₄ должна прореагировать. В результате:

\[ 4HI + H_2SO_4 \rightarrow 2I_2 + H_2S + 4H_2O \]

Проверим:

• H: слева 4 + 2 = 6. Справа 2 + (4 * 2) = 10. Не сходится.

Возможно, в задании опечатка или реакция не является стандартной. Попробуем найти общий знаменатель для 2 и 8. Наименьшее общее кратное — 8. Умножаем окисление на 4, восстановление на 1.

\[ 4 \times (2I^- \rightarrow I_2 + 2e^-) \]
\[ 1 \times (S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2}) \]

Получаем:

\[ 8I^- \rightarrow 4I_2 + 8e^- \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \]

Суммируем:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + H_2O \]

Проверим количество водорода:

\[ \text{Слева:} l(8 \times 1 \text{ (из } HI)) + l(2 \times 1 \text{ (из } H_2SO_4)) = 10H \]
\[ \text{Справа:} l(2 \times 1 \text{ (из } H_2S)) + l(2 \times 1 \text{ (из } H_2O)) = 4H \]

Не сходится. Вернемся к самому первому балансу, где использовался коэффициент 16 для HI:

\[ 16HI + H_2SO_4 \rightarrow 8I_2 + H_2S + H_2O \]

Считаем водород: 16 (из HI) + 2 (из H₂SO₄) = 18. Справа: 2 (из H₂S) + 2 (из H₂O) = 4. Не сходится.

Правильный баланс получается следующим образом:

\[ 2I^- - 2e^- \rightarrow I_2^0 \text{ (окисление)} \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \text{ (восстановление)} \]

Умножим первое уравнение на 4, чтобы получить 8 электронов:

\[ 4 \times (2I^- - 2e^- \rightarrow I_2^0) \text{ } \rightarrow \text{ } 8I^- - 8e^- \rightarrow 4I_2^0 \]

Теперь сложим:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + H_2O \]

Проверим баланс:

• H: слева: 8 (из HI) + 2 (из H₂SO₄) = 10. Справа: 2 (из H₂S) + 2 (из H₂O) = 4. Не сходится.

Корректное уравнение реакции и баланс:

a) Степени окисления:

• HI: H(+1), I(-1)
• H₂SO₄: H(+1), S(+6), O(-2)
• I₂: I(0)
• H₂S: H(+1), S(-2)
• H₂O: H(+1), O(-2)

б) Электронный баланс:

\[ 2 \times I^{-1} \rightarrow I_2^0 + 2e^- \quad | \times 4 \]
\[ S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \quad | \times 1 \]

в) Окислитель и восстановитель:

• Окислитель: H₂SO₄ (S⁺⁶)
• Восстановитель: HI (I⁻¹)

г) Коэффициенты:

\[ 8HI + H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + H_2S + 4H_2O \]

Проверка:

• H: слева 8 + 2 = 10. Справа 2 + (4 * 2) = 10.
• I: слева 8. Справа 4 * 2 = 8.
• S: слева 1. Справа 1.
• O: слева 4. Справа 4 * 1 = 4.

Ответ:

a) Степени окисления: H(+1), I(-1) в HI; H(+1), S(+6), O(-2) в H₂SO₄; I(0) в I₂; H(+1), S(-2) в H₂S; H(+1), O(-2) в H₂O.

б) Электронный баланс: 2I⁻¹ - 2e⁻ → I₂⁰; S⁺⁶ + 8e⁻ → S⁻².

в) Окислитель: H₂SO₄. Восстановитель: HI.

г) Уравнение реакции: 8HI + H₂SO₄ → 4I₂ + H₂S + 4H₂O.