Решение ОВР: SnCl4 + H2S = SnCl2 + S + 2HCl

Вот решения задач, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь школьнику.
6. Определить направление протекания ОВР:
\( \text{SnCl}_4 + \text{H}_2\text{S} = \text{SnCl}_2 + \text{S} + 2\text{HCl} \)
Решение:
Для определения направления протекания окислительно-восстановительной реакции (ОВР) необходимо определить степени окисления элементов до и после реакции, а затем составить электронный баланс.
1. Определяем степени окисления элементов в исходных веществах:
В \( \text{SnCl}_4 \):
Хлор \( \text{Cl} \) имеет степень окисления \( -1 \).
Олово \( \text{Sn} \) имеет степень окисления \( +4 \) (так как \( 4 \times (-1) + \text{Sn} = 0 \Rightarrow \text{Sn} = +4 \)).
В \( \text{H}_2\text{S} \):
Водород \( \text{H} \) имеет степень окисления \( +1 \).
Сера \( \text{S} \) имеет степень окисления \( -2 \) (так как \( 2 \times (+1) + \text{S} = 0 \Rightarrow \text{S} = -2 \)).
2. Определяем степени окисления элементов в продуктах реакции:
В \( \text{SnCl}_2 \):
Хлор \( \text{Cl} \) имеет степень окисления \( -1 \).
Олово \( \text{Sn} \) имеет степень окисления \( +2 \) (так как \( 2 \times (-1) + \text{Sn} = 0 \Rightarrow \text{Sn} = +2 \)).
В \( \text{S} \):
Сера \( \text{S} \) в свободном состоянии имеет степень окисления \( 0 \).
В \( \text{HCl} \):
Водород \( \text{H} \) имеет степень окисления \( +1 \).
Хлор \( \text{Cl} \) имеет степень окисления \( -1 \).
3. Выписываем элементы, изменившие степень окисления, и составляем электронный баланс:
Олово \( \text{Sn} \) изменило степень окисления с \( +4 \) на \( +2 \). Это процесс восстановления (принятие электронов).
\( \text{Sn}^{+4} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Sn}^{+2} \) (восстановитель)
Сера \( \text{S} \) изменила степень окисления с \( -2 \) на \( 0 \). Это процесс окисления (отдача электронов).
\( \text{S}^{-2} - 2\text{e}^- \rightarrow \text{S}^{0} \) (окислитель)
4. Определяем окислитель и восстановитель:
Вещество, содержащее элемент, который восстанавливается (принимает электроны), является окислителем. В данном случае \( \text{SnCl}_4 \) является окислителем.
Вещество, содержащее элемент, который окисляется (отдает электроны), является восстановителем. В данном случае \( \text{H}_2\text{S} \) является восстановителем.
5. Вывод о направлении протекания реакции:
Реакция протекает в прямом направлении, так как происходит передача электронов от восстановителя \( \text{H}_2\text{S} \) к окислителю \( \text{SnCl}_4 \), что приводит к изменению степеней окисления олова и серы.
Ответ: Реакция протекает в прямом направлении.
Окислитель: \( \text{SnCl}_4 \) (за счет \( \text{Sn}^{+4} \))
Восстановитель: \( \text{H}_2\text{S} \) (за счет \( \text{S}^{-2} \))

7. Составить схемы процессов, протекающих на электродах, при электролизе водного раствора серной кислоты, если: а) анод инертный, б) анод кремниевый.
Решение:
Водный раствор серной кислоты \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) диссоциирует на ионы:
\( \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} \)
Также в растворе присутствует вода, которая частично диссоциирует:
\( \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OH}^- \)
На катоде (отрицательно заряженном электроде) всегда происходит процесс восстановления. В растворе присутствуют ионы \( \text{H}^+ \) и молекулы \( \text{H}_2\text{O} \).
Поскольку серная кислота является сильной кислотой, концентрация ионов \( \text{H}^+ \) от диссоциации кислоты значительно выше, чем от диссоциации воды. Поэтому на катоде восстанавливаются ионы водорода:
Катод (–): \( 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2 \uparrow \)
На аноде (положительно заряженном электроде) всегда происходит процесс окисления. В растворе присутствуют ионы \( \text{SO}_4^{2-} \) и молекулы \( \text{H}_2\text{O} \).
а) Анод инертный (например, графитовый или платиновый).
Инертный анод не участвует в электрохимических процессах.
Из анионов \( \text{SO}_4^{2-} \) и \( \text{OH}^- \) (из воды) и молекул воды \( \text{H}_2\text{O} \) на аноде окисляется то, что имеет меньший стандартный электродный потенциал окисления.
Ионы \( \text{SO}_4^{2-} \) являются кислородсодержащими анионами, в которых сера находится в высшей степени окисления \( +6 \). Они трудно окисляются.
Поэтому на инертном аноде будет окисляться вода:
Анод (+): \( 2\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{O}_2 \uparrow + 4\text{H}^+ \)
(Или, если рассматривать окисление гидроксид-ионов, которые образуются из воды: \( 4\text{OH}^- - 4\text{e}^- \rightarrow \text{O}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \))
Суммарное уравнение электролиза с инертным анодом:
\( 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{электролиз}} 2\text{H}_2 \uparrow + \text{O}_2 \uparrow \)
(Серная кислота в данном случае выступает как электролит, обеспечивающий проводимость раствора, но сама не расходуется).
б) Анод кремниевый.
Кремний \( \text{Si} \) является активным анодом и может окисляться сам.
Кремний в водном растворе серной кислоты будет окисляться, образуя оксид кремния \( \text{SiO}_2 \) (который может гидратироваться до кремниевой кислоты \( \text{H}_2\text{SiO}_3 \)) и отдавая электроны.
Степень окисления кремния в \( \text{SiO}_2 \) равна \( +4 \).
Анод (+): \( \text{Si} + 2\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{SiO}_2 + 4\text{H}^+ \)
(Или, если учитывать образование кремниевой кислоты: \( \text{Si} + 3\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2\text{SiO}_3 + 4\text{H}^+ \))
Схемы процессов:
а) Анод инертный:
Катод (–): \( 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2 \uparrow \)
Анод (+): \( 2\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{O}_2 \uparrow + 4\text{H}^+ \)
б) Анод кремниевый:
Катод (–): \( 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2 \uparrow \)
Анод (+): \( \text{Si} + 2\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{SiO}_2 + 4\text{H}^+ \)