Для решения вопроса о составлении электронного баланса для реакции:
[ \text{Na}_2\text{O}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{KMnO}_4 \rightarrow \text{O}_2 + \text{MnSO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 ]
нам нужно определить степени окисления всех элементов в уравнении и понять, какие изменения происходят в процессе реакции.
Определение степеней окисления:
- Na в (\text{Na}_2\text{O}_2) и (\text{Na}_2\text{SO}_4) имеет степень окисления +1.
- O в (\text{Na}_2\text{O}_2) имеет степень окисления -1, в (\text{H}_2\text{SO}_4), (\text{MnSO}_4), (\text{Na}_2\text{SO}_4) и (\text{K}_2\text{SO}_4) — -2, а в (\text{O}_2) — 0.
- H в (\text{H}_2\text{SO}_4) и (\text{H}_2\text{O}) имеет степень окисления +1.
- S в (\text{H}_2\text{SO}_4), (\text{MnSO}_4), (\text{Na}_2\text{SO}_4) и (\text{K}_2\text{SO}_4) имеет степень окисления +6.
- Mn в (\text{KMnO}_4) имеет степень окисления +7, в (\text{MnSO}_4) — +2.
- K в (\text{KMnO}_4) и (\text{K}_2\text{SO}_4) имеет степень окисления +1.
Анализ изменений степеней окисления:
- Mn уменьшает свою степень окисления с +7 (в (\text{KMnO}_4)) до +2 (в (\text{MnSO}_4)), т.е. каждый атом марганца принимает 5 электронов.
- O в (\text{Na}_2\text{O}_2) увеличивает свою степень окисления с -1 до 0 (в (\text{O}_2)), т.е. каждый атом кислорода теряет 1 электрон.
Составление электронного баланса:
Уравнение реакции требует учета потерь и приобретений электронов. Поскольку марганец в (\text{KMnO}_4) уменьшает свою степень окисления, он должен поглотить 5 электронов для каждого атома Mn. С другой стороны, каждый атом кислорода в (\text{Na}_2\text{O}_2) теряет 1 электрон.
Допустим, в реакции участвует 1 моль (\text{KMnO}_4) и (x) моль (\text{Na}_2\text{O}_2). Тогда:
[ 5\text{ моль электронов, полученных Mn} = x \text{ моль электронов, отданных O} ]
Поскольку каждый моль кислорода отдает 2 электрона (поскольку в (\text{Na}_2\text{O}_2) два атома кислорода), получаем:
[ 5 = 2x ]
[ x = 2.5 ]
Таким образом, на каждый моль (\text{KMnO}_4) требуется 2.5 моль (\text{Na}_2\text{O}_2), чтобы обеспечить электронный баланс. Используя это соотношение, вы можете вывести полное уравнение реакции с балансом масс и зарядов.