20. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой HNO₃ + PbS → PbSO₄ + NO₂ + H₂O. Определите окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Составим электронный баланс:

N⁺⁵ + 1e^- → N⁺⁴ | 1

S^-2 - 8e^- → S⁺⁶ | 8

2. Коэффициенты для HNO₃ и NO₂ будут 8, для PbS и PbSO₄ — 8.
3. Уравнение реакции с коэффициентами:

\( 8\text{HNO}_3 + 8\text{PbS} \rightarrow 8\text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} \)

4. Упростим коэффициенты, разделив на 4:

\( 2\text{HNO}_3 + 2\text{PbS} \rightarrow 2\text{PbSO}_4 + 2\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

5. Проверим баланс по элементам:

N: 2 → 2

H: 2 → 2

Pb: 2 → 2

S: 2 → 2

O: 6 → 8 + 2 + 1 = 11

В уравнении допущена ошибка. Попробуем ещё раз:

N⁺⁵ + 1e^- → N⁺⁴ | 8

S^-2 - 8e^- → S⁺⁶ | 1

6. Расставим коэффициенты:

\( 8\text{HNO}_3 + 1\text{PbS} \rightarrow 1\text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

7. Уравняем водород и кислород. В правой части 2 атома H, значит перед H₂O ставим 2.

\( 8\text{HNO}_3 + 1\text{PbS} \rightarrow 1\text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \)

8. Проверим кислород:

Слева: \( 8 \times 3 = 24 \)

Справа: \( 1 \times 4 + 8 \times 2 + 2 \times 1 = 4 + 16 + 2 = 22 \)

В уравнении опять ошибка. Необходимо пересмотреть степени окисления.

\( \text{HNO}_3 \) - азотная кислота, степень окисления азота +5.

\( \text{PbS} \) - сульфид свинца, степень окисления серы -2, свинца +2.

\( \text{PbSO}_4 \) - сульфат свинца, степень окисления серы +6, свинца +2.

\( \text{NO}_2 \) - оксид азота (IV), степень окисления азота +4.

\( \text{H}_2\text{O} \) - вода, водород +1, кислород -2.

Баланс:

\( \text{Pb}^{+2} \rightarrow \text{Pb}^{+2} \) (не меняет степень окисления)

\( \text{S}^{-2} \rightarrow \text{S}^{+6} \) (окислитель, отдает 8e^-)

\( \text{N}^{+5} \rightarrow \text{N}^{+4} \) (восстановитель, принимает 1e^-)

Электронный баланс:

\( \text{S}^{-2} - 8e^{-} \rightarrow \text{S}^{+6} \) | 1

\( \text{N}^{+5} + 1e^{-} \rightarrow \text{N}^{+4} \) | 8

Коэффициент перед S в PbS и PbSO₄ равен 1. Коэффициент перед N в HNO₃ и NO₂ равен 8.

\( \text{HNO}_3 + \text{PbS} \rightarrow \text{PbSO}_4 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

\( 8\text{HNO}_3 + 1\text{PbS} \rightarrow 1\text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

Уравняем водород: слева 8H, справа нужно 8H, значит перед H₂O ставим 4.

\( 8\text{HNO}_3 + 1\text{PbS} \rightarrow 1\text{PbSO}_4 + 8\text{NO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} \)

Проверим кислород:

Слева: \( 8 \times 3 = 24 \)

Справа: \( 1 \times 4 + 8 \times 2 + 4 \times 1 = 4 + 16 + 4 = 24 \)

Уравнение сбалансировано.

Окислитель: HNO₃ (азот принимает электроны).

Восстановитель: PbS (сера отдает электроны).

Ответ: 8HNO₃ + PbS → PbSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O. Окислитель: HNO₃, восстановитель: PbS.