Определить направление реакции между сульфидом свинца PbS и разбавленной азотной кислотой,

Хорошо, давайте ещё раз подробно разберём, как определить направление реакции между сульфидом свинца (PbS) и разбавленной азотной кислотой (HNO₃) с использованием стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, и напишем уравнение ОВР.

1. Анализ возможных процессов

Взаимодействие PbS с разбавленной HNO₃ является окислительно-восстановительной реакцией. Напомним, что:

PbS может выступать восстановителем, окисляясь. Возможные продукты окисления:
Pb²⁺ (ион свинца) и S (сера)
Pb²⁺ и SO₄²⁻ (сульфат-ион)
HNO₃ может выступать окислителем, восстанавливаясь. Возможные продукты восстановления (при использовании разбавленной HNO₃):
NO (оксид азота (II)) - наиболее вероятный продукт для разбавленной кислоты
NO₂ (диоксид азота)
N₂O (оксид азота (I))
N₂ (азот)
NH₄⁺ (ион аммония) - для очень разбавленной HNO₃
2. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (приблизительные значения):

PbS → Pb²⁺ + S + 2e⁻ E° ≈ -0.28 В (может варьироваться в зависимости от источника, обычно считается более отрицательным)
S + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂S E° = +0.14 В
SO₄²⁻ + 8H⁺ + 8e⁻ → S + 4H₂O E°= +0.36 В
NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O E° = +0.96 В
NO₃⁻ + 2H⁺ + e⁻ → NO₂ + H₂O E° = +0.80 В
3. Определение направления реакции

Для самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции необходимо, чтобы разность потенциалов (ЭДС) была положительной. ЭДС рассчитывается как E°(окислителя) - E°(восстановителя).

Окисление PbS: Учитывая, что мы работаем с разбавленной HNO₃, и учитывая имеющиеся стандартные потенциалы, предположим, что PbS будет окисляться до Pb²⁺ и SO₄²⁻. Это связано с тем, что окисление до простого S имеет очень низкий потенциал, и реакция будет невыгодной. Для реакции образования сульфат иона, имеем потенциал равный E° = +0.36 В .
Восстановление HNO₃: Для разбавленной азотной кислоты наиболее вероятным продуктом восстановления является NO (оксид азота (II)). E° для пары NO₃⁻/NO составляет +0.96 В.
Сравниваем потенциалы: E°(окислителя) - E°(восстановителя) = (+0.96 В) - (+0.36 В) = +0.6 В.

Так как разность потенциалов положительна, реакция будет протекать самопроизвольно.

4. Написание уравнения ОВР

Окисление: Сульфид свинца окисляется до сульфата свинца. Сера должна отдать 8 электронов для перехода в степень окисления +6. PbS + 4H₂O - 8e⁻ → Pb²⁺ + SO₄²⁻ + 8H⁺
Восстановление: Азотная кислота восстанавливается до NO, принимая 3 электрона NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O
Уравняем количество электронов: Умножаем первое уравнение на 3, а второе на 8 3PbS + 12H₂O - 24e⁻ → 3Pb²⁺ + 3SO₄²⁻ + 24H⁺ 8NO₃⁻ + 32H⁺ + 24e⁻ → 8NO + 16H₂O
Суммируем и сокращаем: 3PbS + 8NO₃⁻ + 20H⁺ → 3Pb²⁺ + 3SO₄²⁻ + 8NO + 10H₂O
Добавляем сульфат анионы к катионам свинца: 3PbS + 8HNO₃ + 4H⁺ → 3PbSO₄ + 8NO + 4H₂O + 6H⁺
Уточненное уравнение реакции:

3PbS + 8HNO₃ (разб.) → 3PbSO₄ + 8NO + 4H₂O + 3S

В данном уравнении мы показали, что образуется сульфат свинца, NO, вода и сера. В предыдущий раз уравнение было составлено с упущением того факта, что при разбавленной азотной кислоте образуется сера.

Вывод: Сульфид свинца (PbS) будет окисляться разбавленной азотной кислотой до сульфата свинца (PbSO₄) с выделением NO, серы и воды, поскольку это энергетически выгодно.