Здавалка
Главная | Обратная связь

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.

 

Среда
кислая (рН=0) нейтральная (рН=7) щелочная (рН=14)
окисл.-восст. пара Е0, В окисл.-восст. пара Е, В окисл.-восст. пара Е0, В
2H+/H2 2H2O/H2 -0,41 2H2O/H2 -0,83
O2/2H2O +1,22 O2/4OH- +0,81 O2/4OH- +0,40
Al3+/Al -1,66 Al(OH)3/Al -1,88 AlO2-/Al -2,36
Bi3+/Bi +1,21 BiO+/Bi -0,04 Bi2O3/Bi -0,45
Cd2+/Cd -0,40 Cd(OH)2/Cd -0,41 Cd(OH)2/Cd -0,82
Co2+/Co -0,28 Co(OH)2/Co -0,32 Co(OH)2/Co -0,73
Cr3+/Cr -0,74 Cr(OH)3/Cr -0,93 CrO2-/Cr -1,32
Cu2+/Cu +0,34 Cu(OH)2/Cu +0,19 Cu(OH)2/Cu -0,22
Fe2+/Fe -0,44 Fe(OH)2/Fe -0,46 Fe(OH)2/Fe -0,87
Mg2+/Mg -2,36 Mg(OH)2/Mg -2,38 Mg(OH)2/Mg -2,69
Ni2+/Ni -0,25 Ni(OH)2/Ni -0,30 Ni(OH)2/Ni -0,72
Pb2+/Pb -0,13 Pb(OH)2/Pb -0,14 PbO22-/Pb -0,54
Sn2+/Sn -0,14 Sn(OH)2/Sn -0,50 SnO22-/Sn -0,91
Zn2+/Zn -0,76 Zn(OH)2/Zn -0,81 ZnO22-/Zn -1,22

 

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.