Условие задачи
Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
KI + H2SO4 → I2 + H2S + … + …
Определите окислитель и восстановитель.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по химии (редокс-химии) с использованием метода электронного баланса.
Задача формулируется для составления и полной балансировки окислительно-восстановительной реакции между KI и H₂SO₄, в ходе которой иодид (I⁻) окисляется до молекулярного иода (I₂), а сера из H₂SO₄ восстанавливается до H₂S. При этом часть исходной молекулы серной кислоты остаётся в неизменном виде, образуя с калием соответствующую соль (K₂SO₄), а также образуется вода. Таким образом, искомая реакция имеет вид:
8 KI + 5 H₂SO₄ → 4 I₂ + H₂S + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O
Ниже приведём пошаговое решение.
─────────────────────────────
1. Определяем процессы окисления и восстановления
Исходное вещество KI содержит иод в степени –1, а в I₂ – степень 0. Следовательно, иодид (I⁻) окисляется.
Серная кислота H₂SO₄ содержит сера в степени +6. Если образуется H₂S, то сера оказывается в степени –2. Разница составляет 8 единиц, то есть каждый атом серы, превращаясь из H₂SO₄ в H₂S, принимает 8 электронов. Таким образом, H₂SO₄ (точнее, её сульфатная часть SO₄²⁻) является окислителем.
Вывод:
Окислитель – H₂SO₄ (сера в нём восстанавливается с +6 до –2);
Восстановитель – I⁻ (иод из KI, окисляется с –1 до 0).
─────────────────────────────
2. Записываем полуреакции
а) Окислительная полуреакция (иодид → молекулярный иод)
2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻
Из двух иодид-ионов образуется одна молекула I₂ с потерей двух электронов.
б) Восстановительная полуреакция (сульфат → H₂S)
В кислой среде стандартная форма записи восстановления сульфата до H₂S выглядит так:
SO₄²⁻ + 10 H⁺ + 8 e⁻ → H₂S + 4 H₂O
Здесь сера восстанавливается с +6 до –2 (изменение на 8 единиц).
─────────────────────────────
3. Сведение полуреакций по электронному балансу
Чтобы число электронов, потерянных при окислении, совпало с числом принятых в восстановлении, следует домножить окислительную полуреакцию на 4:
4 × [2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻] ⇒ 8 I⁻ → 4 I₂ + 8 e⁻
Восстановительная полуреакция уже содержит 8 электронов.
Складываем их:
8 I⁻ + SO₄²⁻ + 10 H⁺ → 4 I₂ + H₂S + 4 H₂O
─────────────────────────────
4. Восстановление исходных веществ и полных соединений
В реакции заданы KI и H₂SO₄, а не отдельные ион I⁻, SO₄²⁻ и H⁺. Учтём следующие моменты:
• Из 8 KI получаем 8 I⁻ и 8 K⁺.
• H₂SO₄ является источником как SO₄²⁻, так и 2 H⁺. Для получения 10 H⁺ необходимо 5 H₂SO₄, при этом поступают 5 SO₄²⁻.
Из пяти SO₄²⁻ один участвует в редукции (образует H₂S), а остальные четыре реагируют с калием. Так как имеется 8 K⁺, то с четырьмя SO₄²⁻ образуются 4 молекулы K₂SO₄ (каждая K₂SO₄ содержит 2 К⁺).
Таким образом, итоговая реакция с учётом всех частиц примет вид:
8 KI + 5 H₂SO₄ → 4 I₂ + H₂S + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O
─────────────────────────────
5. Проверка баланса по атомам
• Калий: Слева 8 K (из 8 KI); справа – в 4 K₂SO₄ по 2 К, итого 4×2 = 8 K.
• Иод: Слева 8 I; справа 4 I₂ (в каждой I₂ 2 I), итого 4×2 = 8 I.
• Сера: Слева 5 S (из 5 H₂SO₄); справа – 1 S в H₂S и 4 S в K₂SO₄, итого 5 S.
• Водород: Слева 5×2 = 10 H; справа – в H₂S 2 H и в 4 H₂O 8 H, итого 2 + 8 = 10 H.
• Кислород: Слева 5×4 = 20 O; справа – в 4 K₂SO₄ по 4 O, итого 16 O, плюс в 4 H₂O 4 O, сумма 16 + 4 = 20 O.
Баланс атомов выполнен.
─────────────────────────────
6. Определение окислителя и восстановителя (повторно)
В предложенной реакции:
– Иодид-ион I⁻ из KI подвергается окислению (от –1 до 0) и является восстановителем.
– Сульфат-ион SO₄²⁻ из H₂SO₄ принимает электроны (сера восстанавливается с +6 до –2 в H₂S) и является окислителем.
─────────────────────────────
Вывод
Ответ по дисциплине: Инорганическая (редокс) химия.
Полное уравнение реакции методом электронного баланса:
8 KI + 5 H₂SO₄ → 4 I₂ + H₂S + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O
При этом иодид (I⁻) действует как восстановитель, а H₂SO₄ – как окислитель.
Это решение выполнено с использованием символов Unicode вместо LaTeX-формата.