Взаимодействие металлов со сложными веществами

Если химические реакции протекают в водных растворах, то восстановительная активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду напряжений.

А). Взаимодействие с водой

С водой при обычной температуре реагируют металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды) и гидроксиды которых растворимы в воде (на поверхности металла не образуется защитная пленка). К таким металлам относятся щелочные и щелочно-земельные металлы:

2Na + 2Н₂0 = 2NaOH + Н₂

Fe + Н₂0 (так как Fe(OH)₂ нерастворим в воде)

 

При нагревании с водой или парами воды взаимодействуют металлы от магния до олова. Реакция протекает с образование» гидроксидов или оксидов и выделением водорода:

Mg + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + Н₂ 3Fe + 4Н₂0 = Fe₃0₄ + 4H₂

 

Б). Взаимодействие с щелочами

С растворами щелочей взаимодействуют металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды), а их оксиды и гидроксиды амфотерны (оксидные и гидроксидные пленки растворяются в растворе щелочи). К таким металлам относятся цинк, алюминий, олово, бериллий, свинец и некоторые другие. Процесс протекает в три стадии:

1) растворение в щелочи пленки амфотерного оксида, которая покрывает поверхность металла;

2) взаимодействие металла, освобожденного от защитной оксидной пленки, с водой с образованием нерастворимого амфотерного гидроксида;

3) растворение образовавшейся пленки гидроксида в растворе щелочи.

Рассмотрим пример:

А1₂0₃ + 2NaOH + ЗН₂0 = 2Na[Al(OH)₄]

амфотерный

2А1 + 6Н₂0 = 2А1(0Н)₃ + ЗН₂

амфотерный

2А1(ОН)₃ + 2NaOH = 2Na[Al(OH)₄)

амфотерный

(В результате второй реакции образовалось 2 моль А1(ОН)₃, поэтому в уравнении третьей реакции записываем тоже 2 моль А1(ОН)₃.)

Если просуммировать два последних уравнения, то получим уравнение реакции алюминия с раствором щелочи:

2А1 + 2NaOH + 6Н₂0 = 2Na[Al(OH)₄) + ЗН₂

Таким образом, при взаимодействии металла с раствором щелочи роль последней сводится к снятию с поверхности металла оксидной и гидроксидной пленки, а металл взаимодействует с водой.

Эти же металлы реагируют со щелочами при нагревании:

Zn + 2NaOH = Na₂Zn0₂ + Н₂

тв.

Металлы, высшие оксиды которых обладают амфотерными или кислотными свойствами, реагируют с щелочными расплава ми окислителей. В качестве окислителей используют нитраты калия или натрия, хлорат калия и др.

При взаимодействии с щелочными расплавами окислителей металлы образуют соли анионного типа, в которых, как правило, проявляют высшую степень окисления, например: +6

Fe + 3KN0₃ + 2КОН = K₂Fe0₄ + 3KN0₂ + Н₂0

феррат калия

Аналогичные продукты образуются и при взаимодействии щелочных расплавов окислителей с оксидами металлов, в которых металлы проявляют промежуточную степень окисления: +3 +6

Fe₂0₃ + КСЮ3 + 4КОН = 2K₂Fe0₄ + КС1 + 2Н₂0

 

В). Взаимодействие с кислотами

С разбавленными кислотами, которые проявляют окислительные свойства за счет ионов водорода (разбавленная серная, фосфорная, сернистая, все бескислородные и органические кислоты и др.), реагируют металлы:

· расположенные в ряду напряжений до водорода (эти металлы способны вытеснять водород из кислоты);

· образующие с этими кислотами растворимые соли (на поверхности этих металлов не образуется защитная солевая пленка).

В результате реакции образуются растворимые соли и выделяется водород:

2А1 + 6НС1 = 2А1С1₃ + 3Н₂ Mg + H₂S0₄ = MgS0₄ + H₂

разб.

Сu + H₂S0₄ (так как Сu стоит после Н₂)

разб.

Pb + H₂S0₄ (так как PbS0₄ нерастворим в воде)

разб.

С кислотами-окислителями — азотной и концентрированной серной, которые, как вам известно, проявляют окислительные свойства за счет атомов серы и азота в высших степенях окисления, взаимодействуют практически все металлы, расположенные в ряду напряжений как до, так и после водорода, кроме золота и платины. Так как окислителями в этих кислотах являются ионы кислотных остатков, а не ионы водорода, то прн их взаимодействии с металлами не выделяется водород. Металл под действием данных кислот окисляется до характерной (устойчивой) степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и от степени разбавления кислоты.

Г). Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями -2

активный металл Li — Zn Соль + H₂S + Н₂0

+6 0

H₂S0₄ (конц.) металл средней активности Cd — Pb Соль + S + Н₂0

+4

неактивный металл (после Н₂) Соль + S0₂ + Н₂0

и Fe (при нагревании)

+4

HNO₃((конц.) независимо от активности металла Соль + N0₂ + Н₂0

0

активный металл Li — Zn Соль + N₂ + Н₂0

+1

HN0₃ (разб.) металл средней активности Fe — Pb Соль + N₂O + Н₂0

+4

неактивный металл (после Н₂) Соль + N0 + Н₂0

и Fe (при нагревании)

-3

HN0₃ (оч. разб.) активный металл Соль+ NH₄N0₃ + H₂0

На основании схемы составим уравнения реакций меди и магния с концентрированной серной кислотой:

0 +6 +2 +4 0 +6 +2 -2

Сu+ 2H₂S0₄ = CuS0₄ + S0₂ + 2Н₂0 4Mg + 5H₂S0₄ = 4MgS0₄ + H₂S + 4H₂0

kонц. kонц.

 

Следует иметь в виду, что на схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов восстановления кислот. Так, при взаимодействии серной кислоты с цинком или магнием в зависимости от концентрации кислоты могут образоваться различные продукты восстановления серной кислоты:

Zn + 2H₂S0₄ = ZnS0₄ + S0₂ + 2H₂0

70%-ная

3Zn + 4H₂S0₄ = 3ZnS0₄ + S + 4H₂0

40% -ная

4Zn + 5H₂S0₄ = 4ZnS0₄ + H₂S + 4H₂0

25% -ная

Восстановление серной кислоты до сероводорода может протекать в растворе с массовой долей кислоты 25% и выше (если массовая доля серной кислоты ниже 25% , то она считается разбавленной). Однако по мере повышения концентрации кислоты возможность образования сероводорода уменьшается, так как при этом окислительные свойства серной кислоты усиливаются, а сероводород — активный восстановитель за счет атома серы в минимальной степени окисления (H₂S). Поэтому концентрированная серная кислота окислит его до серы или до сернистого газа:

-2 +6 0

3H₂S + H₂S0₄ = 4S + 4Н₂0 (менее концентрированная H₂S0₄)

-2 +6 +4

Н₂S + 3H₂S0₄ = 4S0₂ + 4H₂0 (более концентрированная H₂S0₄)

Степень восстановления азотной кислоты при взаимодействии с одним и тем же металлом, например магнием или цинком, также определяется ее концентрацией. Концентрированная кислота восстанавливается до оксида азота (IV), так как низшие оксиды, образованные в ходе реакции, окисляются кислотой. По мере ее разбавления возрастает возможность образования продукта наиболее полного восстановления:

Mg + 4HN0₃ = Mg(N0₃)₂ + 2N0₂ + 2H₂0

60% -ная

3Mg + 8HN0₃ = 3Mg(NO_g)₂ + 2NO + 4H₂0

30% -ная

4Mg + 10HN0₃ = 4Mg(N0₃)₂ + N₂0 + 5H₂0

20% -ная

5Mg + 12HN0₃ = 5Mg(N0₃)₂ + N₂ + 6H₂0

10% -ная

4Mg + 10HN0₃ = 4Mg(N0₃)₂ + NH₄N0₃ + 3H₂0

3% -ная

Некоторые металлы (железо, алюминий, хром) не взаимодействуют с концентрированной серной и азотной кислотами при обычной температуре, так как происходит пассивация металла. Это явление связано с образованием на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной пленки, которая и защищает металл. По этой причине концентрированную азотную и серную кислоты транспортируют в железных емкостях.

Если металл проявляет переменные степени окисления, то с кислотами, проявляющими окислительные свойства за счет ионов Н⁺, он образует соли, в которых его степень окисления ниже устойчивой, а с кислотами-окислителями — соли, в которых он проявляет более устойчивую степень окисления:

0 +2

Fe + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂

разб.

0 +3

2Fe + 6H₂S0₄ = Fe₂(S0₄)₃ + 3S0₂ + 6H₂0

конц.

---

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!