Объясните, пожалуйста, почему при уравнивании методом электронного баланса реакции Al2S3 + HNO3(конц) → S + NO2 + Al(NO3)3 + H2O мы пишем S3(-2) -6e → 3S(0) | 1 N(+5) +1e → N(+4) | 6, а не S(-2) -2e → S(0) | 1 N(+5) +1e → N(+4) | 2? А также в каких случаях мы должны делать подобные изменения?

Разберу это через смысл электронного баланса и затем покажу, где именно появляется множитель 3 у серы.

Запись

S₃(−2) − 6e⁻ → 3S(0)

не означает, что существует отдельная частица S₃. Это сокращённая запись: в одной формульной единице Al₂S₃ находятся три атома серы, и каждый из них имеет степень окисления −2.

То есть правильнее по смыслу читать так:

3S(−2) − 6e⁻ → 3S(0)

Потому что каждый атом серы:

S(−2) − 2e⁻ → S(0)

теряет 2 электрона.

А в веществе Al₂S₃ таких атомов серы три:

3 · 2e⁻ = 6e⁻

Поэтому для одной молекулярной формулы Al₂S₃ сера суммарно отдаёт 6 электронов.

Азот в концентрированной азотной кислоте восстанавливается:

N(+5) + 1e⁻ → N(+4)

потому что в HNO₃ азот имеет степень окисления +5, а в NO₂ — +4.

Чтобы принять 6 электронов, нужно 6 атомов азота:

6N(+5) + 6e⁻ → 6N(+4)

Отсюда коэффициент перед NO₂ равен 6.

Баланс получается:

Al₂S₃ + 12HNO₃ → 3S + 6NO₂ + 2Al(NO₃)₃ + 6H₂O

Теперь почему нельзя просто остановиться на записи:

S(−2) − 2e⁻ → S(0)
N(+5) + 1e⁻ → N(+4)

и поставить множитель 2?

На самом деле такую запись использовать можно, но только если потом не забыть, что в Al₂S₃ серы три атома. Запись

S(−2) − 2e⁻ → S(0)

показывает изменение для одного атома серы. Тогда электронный баланс даёт соотношение:

1 атом S : 2 атома N

То есть на один атом серы нужно два атома азота, восстанавливающихся до NO₂.

Но в одном Al₂S₃ содержится не один атом серы, а три. Значит:

3S : 6N

Поэтому всё равно получится 3S и 6NO₂.

Ошибка возникает, если после записи для одного атома серы поставить коэффициент 2 перед азотом и считать, что этого достаточно для всей формулы Al₂S₃. Тогда учитывается только один атом серы, а два остальных как будто исчезают из электронного баланса.

То есть запись

S(−2) − 2e⁻ → S(0) | 1
N(+5) + 1e⁻ → N(+4) | 2

даёт только частное соотношение:

S : NO₂ = 1 : 2

Но поскольку из Al₂S₃ получается 3S, это соотношение надо умножить на 3:

3S : 6NO₂

Поэтому в школьном электронном балансе часто сразу пишут:

3S(−2) − 6e⁻ → 3S(0)

чтобы сразу учесть индекс серы в исходном веществе.

Делать такие изменения нужно тогда, когда элемент, меняющий степень окисления, входит в формулу вещества с индексом больше 1, и все эти атомы переходят в продукт реакции.

Например:

Al₂S₃ → 3S

Серы в формуле три, значит в балансе удобно брать сразу три атома серы.

Другой пример:

P₄ → H₃PO₄

Фосфор в простом веществе записан как P₄, поэтому можно писать изменение сразу для четырёх атомов фосфора, а не для одного.

Ещё пример:

Cl₂ → Cl⁻

Хлор в простом веществе двухатомный, поэтому восстановление записывают как:

Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

А не просто:

Cl(0) + e⁻ → Cl(−1)

Хотя последняя запись тоже показывает изменение для одного атома, но потом нужно помнить про молекулу Cl₂.

Главное правило такое: электронный баланс должен одновременно учитывать и изменение степеней окисления, и количество атомов элемента, реально участвующих в переходе.

Если считать по одному атому — можно, но потом обязательно надо домножить на число таких атомов в формуле вещества.

Если считать сразу по формульной единице вещества — тогда индексы учитываются сразу, как в записи:

3S(−2) − 6e⁻ → 3S(0)

В данной реакции второй способ удобнее, потому что он сразу связывает серу с формулой Al₂S₃ и не даёт забыть, что серы там три атома.