Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Заказать
 

Взаимодействие кислот с металлами



При взаимодействии соляной и разбавленной серной кислот с металлами окислителем является катион водорода Н+, поэтому они взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2#; Mg + H2SO4(разб.) = MgSO4 + H2#

Металлы переменной валентности соляной и разбавленной серной кислотами окисляются до низших степеней окисления. Железо имеет наиболее распространенные степени окисления +2 и +3. При реакции с этими кислотами железо окисляется до степени окисления +2.

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2#

Свинец является более активным элементом, чем водород, но в процессе реакции на его поверхности образуется плотная нерастворимая пленка хлорида или сульфата свинца(II) и реакция практически не протекает.

В концентрированной серной кислоте окислителем является сульфат ион , в котором сера находится в степени окисления +6. При реакции с металлами серная кислота восстанавливается до сероводорода (H2S), серы (S) и оксида серы(IV) (SO2). Продукты восстановления серной кислоты зависит от активности металла.

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с активными металлами образуется соль, вода и преимущественно сероводород. φ0(К/К+) = -2,92В – активный металл.

8К + 5H2SO4(конц.) = 4К2SO4 + H2S# +4H2O.

Малоактивные металлы восстанавливают серную кислоту преимущественно до SO2. φ0(Ag/Ag+) = +0,8В – неактивный металл.

2Ag + 2H2SO4(конц.) = Ag2SO4 + SO2# +2H2O

Металлы средней активности восстанавливают серную кислоту преимущественно до S. φ0(Сd/Cd2+) = – 0,40В –металл средней активности.

3Cd + 4H2SO4(конц.) = 3CdSO4 + S$ +4H2O

Металлы переменной валентности окисляются концентрированной серной кислотой, как правило, до высшей степени окисления.

3Sn + 8H2SO4(конц.) = 3Sn(SO4)2 + 2S$ +8H2O

Благородные металлы (Au, Pt и некоторые другие) с концентрированной серной кислотой не взаимодействуют ни при каких условиях. Некоторые металлы (Al, Fe, Cr, Niи др.) не взаимодействуют с концентрированной серной кислотой при обычных условиях (пассивируются), но взаимодействуют при нагревании. Это свойство железа позволяет хранить и перевозить концентрированную серную кислоту в емкостях из обычной стали.

Свинец с концентрированной серной кислотой взаимодействует с образованием растворимой кислой соли.

Pb + 3H2SO4(конц.) = Pb(HSO4)2 + SO2# +2H2O

В азотной кислоте, независимо от ее концентрации, окислителем является нитрат-ион , содержащий азот в степени окисления +5, поэтому водород не выделяется, а только продукты восстановления азотной кислоты: NH4NO3, N2, N2O, NO, HNO2, NO2. Свободный аммиак не выделяется, т.к. он взаимодействует с азотной кислотой, образуя нитрат аммония NH4NO3.

При взаимодействии металлов с концентрированной азотной кислотой продуктом ее восстановления является преимущественно NO2, независимо от природы металла.

Mg + 4HNO3(конц.) = Mg(NO3)2 + NO2# +2H2O

При реакции выделяется бурый газ NO2

Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + NO2# +2H2O

Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + NO2# +2H2O

При опускании кусочка меди в концентрированную азотную кислоту выделяется бурый газ, а на дне образуется голубой раствор нитрата меди(II)

Металлы переменной валентности при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой окисляются до высшей степени окисления, а металлы, которые окисляются до степени окисления +4 и выше, образуют кислоты или оксиды.

Sn + 4HNO3(конц.) = H2SnO3 + 4NO2# +H2O

2Sb + 10HNO3(конц.) = Sb2O5 + 10NO2# +5H2O

Mo + 6HNO3(конц.) = H2MoO4 + 6NO2# +2H2O

В концентрированной азотной кислоте пассивируются Al, Fe, Cr, Ni, Сои некоторые другие металлы. После обработки азотной кислотой эти металлы не реагируют и с другими кислотами.

При взаимодействии металлов с разбавленной азотной кислотой продукт ее восстановления зависит от активности металла: чем активнее металл, тем в большей степени восстанавливается азотная кислота.

Активные металлы восстанавливают азотную кислоту максимально.

8Na + 10HNO3(разб.) = 8КNO3 + NH4NO3 +3H2O

Продуктами восстановления разбавленной азотной кислоты металлами средней активности являются азот или оксид азота(I).

4Cd + 10HNO3(разб.) = 4Cd(NO3)2 + N2O# +5H2O

5Mn + 12HNO3(разб.) = 5Mn(NO3)2 + N2# +6H2O

При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами продуктом восстановления является оксид азота(II).

3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO# +4H2O

Надо обратить внимание, что при реакции с азотной кислотой получается смесь соединений азота, но мы записываем то соединение, которое получается в большем количестве.

Основное правило: чем выше активность металла и ниже концентрация азотной кислоты, тем ниже степень окисления азота в том соединении, которое образуется больше других.

Для окисления золота, платины и других благородных металлов используется смесь концентрированных азотной и соляной кислот, называемая «царской водкой». В этой смеси образуется очень сильный окислитель - атомарный хлор:

HNO3 + 3HCl = NOCl + Cl2 + 2H2O

NOCl = NO + Cl

и повышается восстановительная активность металлов вследствие образования комплексов, поэтому окисление благородных металлов происходит с образованием комплексных кислот:

Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O

3Pt + 2HNO3 + 12HCl = 3H2[PtCl4] + 2NO + 4H2O

Некоторые металлы Nb, Ta, W не растворяются даже в «царской водке», но растворяются в смеси азотной и фтороводородной кислот.

3Ta + 5HNO3 + 21HF = 3H2TaF7 + 5NO + 10H2O

W + 2HNO3 + 8HF = H2WF8 + 2NO + 4H2O


2.7. Характерные химические свойства солей: средних, кислых, основных, комплексных (на примере соединений алюминия и цинка)

Солями называются соединения, состоящие из катионов металлов (или аммония) и кислотных остатков. Соли можно рассматривать как продукт взаимодействия кислоты и основания при этом могут получаться нормальные (средние), кислые и основные соли.

Нормальные соли образуются в том случае, когда количеств кислоты и основания достаточно для полного взаимодействия.

Н3РО4 + 3КОН = К3РО4 + 3Н2О

Кислые соли образуются при недостатке основания, когда катионов металла недостаточно для замещения всех катионов водорода в молекуле кислоты.

Н3РО4 + 2КОН = К2НРО4 + 2Н2О

Н3РО4 + КОН = КН2РО4 + Н2О

В кислых солях в составе кислотных остатков содержится водород. Кислые соли возможны для многоосновных кислот и невозможны для одноосновных.

Основные соли образуются при недостатке кислоты, когда анионов кислотных остатков недостаточно для полного замещения всех гидроксогрупп в основании.

Cr(OH)3 + HNO3 = Cr(OH)2NO3 + H2O

Cr(OH)3 + 2HNO3 = CrOH(NO3)2 + 2H2O

В основных солях в составе катионов содержатся гидроксогруппы. Основные соли возможны для многокислотных оснований (содержат две и больше ОН-группы) и невозможны для однокислотных.

Некоторые основные соли самопроизвольно разлагаются с выделением воды, при этом образуются оксосоли.

Sb(OH)2Cl = SbOCl + H2O

Bi(OH)2NO3 = BiONO3 + H2O

Оксосоли обладают всеми свойствами основных солей.

Многие соли в твердом состоянии являются кристаллогидратами: CuSO4.5H2O; Na2CO3.10H2O и т.д.





Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 388 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2017 год. (0.087 с)...Наверх