IJSO 2023 химия


C-3.1) (1pt) Pyrite is a mineral form of iron disulfide found in soil, and contains the disulfide ion (S22-). It reacts with oxygen causing the soil to acidify by the following reaction:

…FeS2 (s) + …O2 (g) + …H2O (l) → …Fe(OH)3 (s) + …H2SO4 (aq)

Fill the blank to complete the given equation and show the balancing method used.
Помогите расписать полуреакции.

3 лайка

Определи сначала везде степени окисления

Определил

Получилось вот так


Теперь нужно кислороду сделать но никак не получается

Сначала определимся со степенями окисления у элементов слева и справа. Так как в пирите идет анион \ce{S2^{2-}}(с.о. серы -1), у железа с.о. будет 2+. В \ce{O2} с.о.=0 . Справа железо в +3, а у серы +6.
Чтоы уравнять с помощью полуреакций, нужно брать катионами и анионами, а не элементами. Все, что solid не диссоциирует на ионы в воде, и мы должны брать их не ионами, а не распавшимися. Например, пирит и гидроксид железа solid, поэтому мы берем их как \ce{FeS2} и \ce{Fe(OH)3}, а не \ce{Fe^{2+} , S2^{2-}, Fe^{3+}, OH-}. Вот начальная схема

\ce{FeS2 -> Fe(OH)3 + SO4^{2-}}

Сульфат в форме аниона так как H2SO4 растворим в воде(aq=aqueous), и диссоциирует полностью на ионы: \ce{H2SO4 -> 2H+ + SO4^{2-}}
Ставим перед сульфатом двойку, чтобы уравнять серу

\ce{FeS2 -> Fe(OH)3 + 2SO4^{2-}}

Слева не хватает 11 кислородов, поэтому добавляем слева 11 молекул \ce{H2O}:

\ce{FeS2 + 11H2O -> Fe(OH)3 + 2SO4^{2-}}

Теперь справа не хватает 19 водородов, добавляем справа 19 ионов \ce{H+}:

\ce{FeS2 + 11H2O -> Fe(OH)3 + 2SO4^{2-} + 19H+}

Все уравнялось, теперь посчитаем заряд. Слева заряд 0, справа -4+19=15, отсюда

\ce{FeS2 + 11H2O -15e- -> Fe(OH)3 + 2SO4^{2-} + 19H+}

Остался кислород, который слева был с с.о.=0, а справа с с.о. -2.

\ce{O2 -> O^{2-}}

Но стой, у нас нет в растворе \ce{O^{2-}}… Можно написать одно из двух, \ce{OH-}\ или \ \ce{H2O}, в обоих он в с.о.=-2. Так как ранее мы использовали пару \ce{H2O/H+}, возьмем \ce{H2O}:

\ce{O2 -> H2O}

Точно так же как ранее уравняем эту реакцию, и получим:

\ce{O2 +4H+ +4e- -> 2H2O}

НОД 4 и 15=60, поэтому уравнние с 15 электронами умножаем на 4, а уравнение с 4 электронами умножим на 15:

\begin{array}{rcl} \ce{4FeS2 + \cancel{44}H2O \cancel{\ce{- 60e-}}} & \ce{->} & \ce{4Fe(OH)3 + 8SO4^{2-} + \cancel{76}H+} \\ \ce{15O2 + \cancel{\ce{60H+}} \cancel{\ce{+60e-}}} & \ce{->} & \cancel{\ce{30H2O}} \\ \hline\ce{4FeS2 + 14H2O + 15O2} & \ce{->} & \ce{4Fe(OH)3 + 8H2SO4} \end{array}
13 лайков

Как мы написали полуреакцию для кислорода с помощью воды

https://foxford.ru/wiki/himiya/metod-elektronno-ionnogo-balansa?utm_referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
Здесь ответ на ваш вопрос

2 лайка

Не я всмысле почему мы с помощью воды написали полуреакцию. Вода же участвует в реакции

А, ну вода это просто мелочь. По сути вам тут уже дали что слева и что справа, но обычно мы не знаем где находится вода. Это становится известно в конце. Как видите, в конце вода осталась слева, как и показано в условии. Вода просто инструмент чтобы уравнивать атомы кислорода и водорода

You crush my heart and say it’s nothing
You broke me down, I kept on cutting
I bleed for you and now I’m gushing
I bleed for you, but you never caared
(пропой звуком эдита из тиктока)

7 лайков

Вот тут мы же только OH можем написать? Почему мы моежм OH и H2O написать

Потому что оба присутствуют в расторе, и оба содержат кислород с с.о.=2-. Конечно мы не можем взять \ce{SO4^{2-}}, потому что там сера, хоть оно и имеет кислород с с.о. 2-. Как я сказал, вода(и H+ и ОН-) - инструмент для уравнивания. Почему только ОН-?

1 лайк

мы не можем OH- так как мы до этого использовали пару H2O/H+, H+ это кислая среда а OH- щелочная, вот почему
Но может я чего то не знаю, я реакции обычно по другому уравниваю

Вы так думаете из-за \ce{Fe(OH)3}? Это не \ce{Fe^{3+} + 3OH-}, а именно \ce{Fe(OH)3_{(s)}}, который не растворяется и не диссоциирует на ионы(ведь там не растворенная форма(aq=aqueous), а твердая форма(s=solid), то есть там \ce{OH-} ионов нет, они все в молекуле \ce{Fe(OH)3}. А вот H2SO4 растворенный, и он диссоциирует на ионы \ce{H+}\, и\, \ce{SO4^{2-}}. Поэтому \ce{H+} должен быть справа.

Но мы все равно могли бы поставить \ce{OH-}, а не \ce{H2O}, и сейчас я объясню почему. \ce{H2O, H+, OH-} они как валюты. Мы можем их менять спокойно, и оставлять ту валюту что нам нужна.
Например, вместо \ce{O^{2-}} поставим не \ce{H2O, а OH-}:

\ce{O2 -> OH-}

Поставим двойку перед гидроксидом, чтобы уравнять кислород:

\ce{O2 -> 2OH-}

Теперь, так как слева не хватает двух водородов, добавим туда \ce{2H+}:

\ce{O2 + 2H+ + 4e- -> 2OH-}

Но вот в чем прикол, если мы сложим эту реакцию с реакцией с 15 электронами, то наш \ce{OH-} не сократится. Он останется в конечной реакции. Мы знаем, что он нам такой не нужен, он вообще нам не нужен. Поэтому поменяем его в нужную нам валюту, \ce{H+}. Для этого добавим и справа и слева \ce{2H+}:

\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2OH- + 2H+}

Теперь, так как \ce{OH- + H+ -> H2O}, это превращается в

\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}

Вуаля, мы избавились от ненужного \ce{OH-}. Мы просто выбираем одну из двух валют, \ce{H+/H2O} или \ce{OH-/H2O}, в зависимости от того, какие ионы в реагентах и продуктах, и среды реакции(щелочная, кислая). И мы можем спокойно поменять одну валюту на другую, это делается в два счета, как я показал сверху. Остались ли еще недопонимания?

Нужно теорию закреплять, вот ОВР, которые попрошу вас уравнять методом полуреакций(или электронным балансом, если там без кислорода реакция):


5 лайков

Спасибо, бро, я понял. Спасибо огромное!

3 лайка