Растворами кислот и щелочей
ЛЕКЦИЯ Взаимодействие металлов с водой, водными растворами кислот и щелочей Рассмотрим взаимодействие типичных восстановите-лей, металлов, с некоторыми окислителями - водой, раство-рами кислот и щелочей. Необходимое условие осуществления реакции окисления металла - . Окислительно-восстановительные потенциалы некото-рых металлов, водорода и кислорода в кислой, нейтральной и щелочной среде приведены в таблице.
Реальное прохождение реакции, помимо соотношения потенциалов окислителя и восстановителя, определяет кинетика процесса. Взаимодействие металлов с окислителями в отдельных случаях тормозится оксидными или солевыми плёнками на поверхности металла. Такое состояние металла называют пассивным, а явление перехода в пассивное состояние - пассивацией.
Действие кислот на металлы Кислоты можно разбить на две группы: · кислоты, в которых окислителем являются ионы водорода (хлороводородная - соляная, разбавленная серная и др.), · кислоты, в которых окислителем служат анионы, содержащие элементы, в высшей степени окисления - , (концентрированная серная, азотная.).
· Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель - ион водорода В растворах таких кислот стандартный потенциал окислителя , т.е. с ними реагируют металлы с положительными значениями потенциалов (стоящие в ряду напряжений левее водорода).
Пример 1. Zn + H2SO4 разб. ® в-ль ок-ль
цинк растворяется в разбавленной серной кислоте: Zn - 2 = Zn2+ 2H+ + 2 = H2 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 Zn + H2SO4 разб. = ZnSO4 + H2.
Пример 2. Cu + H2SO4 разб. или HCl ® в-ль ок-ль ок-ль Реакция взаимодействия меди с хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислотами невозможна, так как потенциал окислителя меньше потенциала восстановителя:
; .
· Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель - анион кислоты. В концентрированной серной и разбавленной азотной кислотах продукты восстановления аниона зависят от активности металла. По активности металлы можно условно разделить на три группы:
Li Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni Sn Pb H Bi Cu Ag Hg Au ¾¾¾¾¾¾¾¾® ¾¾¾¾¾¾¾® ¾¾¾¾¾® активные средней активности малоактивные
Взаимодействие металлов с H2SO4 конц. При взаимодействии металлов с концентрированной серной кислотой сульфат-ион может восстанавливаться до H2S, S, SO2. Условная схема взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой может быть представлена следующим образом:
М активные H2S М средн. активности М + H2SO4конц. ® сульфат М + H2O + S М малоактивные SO2
Пример. Mn + H2SO4 конц.® Марганец – активный металл, поэтому при взаимодействии образуется H2S:
4 Мn - 2 = Мn2+ SO42- + 8 + 10H+ = H2S + 4H2O 4Mn + SO42- + 10H+ = 4Mn2+ + H2S + 4H2O 4SO42- 4SO42- 4Mn + 5H2SO4конц. = 4MnSO4 + H2S + 4H2O. Серная кислота в данной реакции - не только окисли-тель, но и среда, в которой проходит ОВР.
Взаимодействие металлов с HNO3 При взаимодействии металлов с разбавленной азотной кислотой нитрат-ион также может восстанавливаться до разных продуктов - NH4+, N2, N2O, NO. Условная схема взаимодействия металлов с разбавленной азотной кислотой: М активные NH4NO3 М ср. акт. М + HNO3 разб. ® нитрат М + H2O + N2, N2O М малоакт. NO Пример.Cu + HNO3 разб. ® Медь – малоактивный металл, , поэтому при взаимодействии с разбавленной азотной кислотой образуется NO: 3 Cu - 2 = Cu2+ 2 NO3- + 3 + 4H+ = NO + 2H2O 3Cu + 2NO3- + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O 6NO3- 6NO3- 3Cu + 8HNO3разб. = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. В реальных условиях при реакциях с концентрированной серной и разбавленной азотной кислотами, как правило, образуется смесь продуктов восстановления анионов, в которой количественно преобладает тот или иной компонент. Состав смеси во многом определяется концентрацией раствора кислоты. Так, например, действие на металлы сильно разбавленной азотной кислоты приводит к появлению в продуктах реакции нитрата аммония. При взаимодействии металлов с концентрированной азотной кислотой, независимо от активности металла, образуется NO2:
М + HNO3конц. ® нитрат М + NO2 + H2O. Пример. Zn + HNO3 конц. ® Zn - 2 = Zn2+ 2 NO3- + + 2H+ = NO2 + H2O Zn + 2NO3- + 4H+ = Zn2+ + 2NO2 + 2H2O 2NO3- 2NO3- Zn + 4HNO3 конц. = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Концентрированные кислоты, в частности, серная и азотная, на некоторые металлы оказывают пассивирующее действие. В результате многие металлы не растворяются в таких кислотах. К примеру, с концентрированной серной кислотой при комнатной температуре не реагирует железо. Вследствие перехода металла в пассивное состояние при реакциях с рассматриваемой группой кислот могут образоваться продукты, не соответствующие приведенным схемам. Например, при нагревании железо реагирует с концентрированной серной кислотой, но образуется продукт восстановления SO2, более характерный для реакций с участием малоактивных металлов.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|