Особенности взаимодействия металлов с кислотами и щелочами

Характерное химическое свойство всех металлов – их восстановительная активность, т.е. способность атомов отдавать электроны, превращаться в положительные ионы. Активность металлов согласуется с их положением в электрохимическом ряду напряжений, т.е. в ряду стандартных электродных потенциалов (см. Приложение 9 – «Электрохимический ряд напряжений металлов»).

1.В разбавленных растворах кислот окислителем является Н⁺ (кроме растворов азотной кислоты)

2. При взаимодействии металлов с кислотами - окислителями нужно учитывать активность металла и влияние температуры – чем активнее металл и выше температура процесса, тем глубже идет восстановление окислителя.

Рис. 12. Окислительная активность концентрированного раствора H₂SO₄

2Fe + 6H₂SO₄ ^t Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂­ + 6H₂O

восстановитель Fe⁰ – 3e ® Fe⁺³ 2 процесс окисления

окислитель S⁺⁶ +2e ® S⁺⁴ 3 процесс восстановления

3. Некоторые металлы (Fe, Co, Ni, Mn, Cr, Al) на холоду пассивируются концентрированными кислотами - азотной, серной:

Fe+ H₂SO₄(конц) ^холод Fe₂O₃ + SO₂­ + 3H₂O

4. Особенности взимодействия азотной кислоты:

В концентрированных и разбавленных растворах окислителем является азот (N⁺⁵)

При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с металлами, как правило, образуется диоксид азота (N⁺⁴O₂)

Чем разбавленнее кислота и чем активнее металл, тем глубже идет восстановление N⁺⁵ (рис. 13). Варьируя концентрацию азотной кислоты и активность металла, можно получить соответствующие оксиды, свободный азот или соль аммония:

 

Рис.13. Окислительная активность раствора HNO₃

5Zn + 12HNO₃(очень разб) ® 5Zn(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Zn - 2e ® Zn⁺² 10 5

2N⁺⁵ + 10e ® N₂ 2 1

5. В щелочах растворяются только амфотерные металлы, вытесняя водород и образуя анионы соответствующих кислот (цинкаты, алюминаты, плюмбиты и т. п.):

Zn⁰ + 2NaOH⁺¹® Na₂Zn⁺²O₂ +H₂⁰ или Zn⁰+ 2NaOH⁺¹® Na₂[Zn⁺²(OH)₄] +Н₂⁰

^{в расплаве в растворе}

Zn –2e ® Zn⁺² 2 1

2H⁺ +2e® H₂ 2 1

Zn⁺²®ZnO®Zn(OH)₂

^{амфотерный} H₂ZnO₂ ^NaOH Na₂ZnO₂

Рекомендуемая литература: [1], с.259-267;[2], с.251-278.