Для того чтобы уравнять данное уравнение методом электронного баланса, нужно сначала определить, какие элементы изменяют свои степени окисления в ходе реакции, и затем использовать эту информацию для уравнивания количества электронов.
Исходное уравнение:
[ \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{S} + \text{H}_2\text{O} ]
- Определяем степени окисления элементов до и после реакции:
- В реактантах:
- Zn: 0 (металлический цинк)
- H в H₂SO₄: +1
- S в H₂SO₄: +6
- O в H₂SO₄: -2
- В продуктах:
- Zn в ZnSO₄: +2
- S в элементарной сере: 0
- O в H₂O: -2
- H в H₂O: +1
- Определяем, какие элементы изменяют свои степени окисления:
- Zn: 0 → +2 (окисляется)
- S: +6 → 0 (восстанавливается)
Теперь составим полуреакции для этих изменений:
Окисление (потеря электронов):
[ \text{Zn}^0 \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^- ]
Восстановление (приобретение электронов):
[ \text{S}^{+6} + 6e^- \rightarrow \text{S}^0 ]
- Уравниваем количество электронов, отданных при окислении, и принятых при восстановлении:
- В окислении Zn отдает 2 электрона.
- В восстановлении S принимает 6 электронов.
Чтобы уравнять количество электронов, умножим окисление на 3:
[ 3\text{Zn}^0 \rightarrow 3\text{Zn}^{2+} + 6e^- ]
Теперь количество электронов в окислительной и восстановительной полуреакциях одинаково (6 электронов).
Составляем суммарное уравнение реакции с учетом коэффициентов:
[ 3\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 3\text{ZnSO}_4 + \text{S} + \text{H}_2\text{O} ]
Подбираем коэффициенты для остальных веществ, исходя из закона сохранения массы и заряда:
- Сера в серной кислоте: 1 молекула H₂SO₄ содержит 1 атом S. Поскольку количество атомов S в продуктах равно 1, коэффициент перед H₂SO₄ равен 1.
- Водород: в H₂SO₄ 2 атома H, в H₂O тоже 2 атома H. Коэффициент перед H₂O равен 1.
- Кислород: в H₂SO₄ 4 атома O, в ZnSO₄ 4 атома O (три молекулы ZnSO₄ дают 12 атомов O, но у нас всего 1 молекула H₂SO₄, так что здесь не учитывается).
Итак, окончательно уравненное уравнение будет следующим:
[ 3\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 3\text{ZnSO}_4 + \text{S} + \text{H}_2\text{O} ]
Такое уравнение соответствует балансу атомов и электронов.