3. Действие кислот на металлы.

Почти все металлы окисляются кислотами. В большинстве случаев защитные оксидные плёнки, проявляющие основной или амфотерный характер, легко растворяются в кислотах. Далее окислительно–восстановительный процесс взаимодействия металла с кислотой определяется как активностью металла, так и природой и концентрацией кислоты.

Соляная и разбавленная серная кислоты окисляют только те металлы, которые стоят в ряду напряжений до водорода, так как роль окислителя в этих кислотах играют ионы водорода Н⁺, восстанавливающиеся до свободного водорода.

ПРИМЕР 3. Растворение магния в соляной кислоте (после растворения защитной плёнки MgO): Mg + 2 HCL ® MgCL₂ + Н₂

Mg + 2Н⁺ + 2CL^– ® Mg²⁺ + 2CL^– + H²

Восстановитель Окислитель

1| Mg ® Mg2+ + 2 e 1| 2Н+ + 2 е ® H2

Mg + 2 H⁺ ® Mg²⁺ + H₂

Концентрированная серная кислота – при нагревании окисляет почти все металлы (не окисляются золото, платина и некоторые редкие металлы). Причём окислителем является ион SO^2–_4, который в зависимости от активности металла восстанавливается до диоксида серы (SO₂), свободной серы (S) и даже до сероводорода (H₂S).

IIРИМЕP 4. Взаимодействие меди (малоактивного металла) с концентрированной серной кислотой: Сu + 2 H₂SO₄ (конц.) ® Сu SO₄ + SO₂ + 2 Н₂О

Окислитель

1 | Сu ® Сu2+ + 2е 1 | SO42– + 4 Н+ + 2е ® SO2 + 2 H2O Сu + SO42+ + 4 H+ ® Cu2+ +SO2 +2 Н2О

Азотная кислота (как концентрированная, так и разбавленная) окисляет почти все металлы. Окислителем в азотной кислоте является ион NО₃^–. Концентрированная азотная кислота восстанавливается металлами до NO₂.

ПРИМЕР 5. Взаимодействие меди (малоактивного металла) с концентрированной азотной кислотой: Сu + 4 Н МОз (конц.) ® Сu(МО₃)₂ + 2 NO₂ + 2 Н₂O

Окислитель

l| Сu ® Сu2+ + 2е 2| NO3– + 2 Н + + 1 е ® NO2 + H2O Сu + 2 NO3– + 4 Н+ ® Сu2+ + 2 NO2 + 2 Н2О

Разбавленная азотная кислота восстанавливается малоактивными металлами (например, Сu, РЬ ) до монооксида азота (NO), а более активными металлами (например, Fe, Zn, Mg) до – N₂O и N_2.

Продуктом восстановления очень разбавленной азотной кислоты является аммиак NHj, образующий с избытком кислоты аммонийную соль NH₄NO₃

Алюминий, железо, хром при действии на них концентрированной азотной кислоты "пассивируются". Покрываясь более плотной плёнкой оксида, они перестают после этого подвергаться действию и концентрированных, и разбавленных кислот.

Восстановление разбавленных и концентрированных серной и азотной кислот представлено в Приложении.

Экспериментальная часть

ОПЫТ 1. Отношение металлов к воде: взаимодействие натрия с водой.

Налейте воду в кристаллизатор почти до края (ниже края примерно на 1 см.), для того чтобы не образовалось ограниченного краями кристаллизатора замкнутого объёма, где бы возникла взрывоопасная концентрация водорода (гремучий газ). Пинцетом выньте кусочек металлического натрия, промокните его от керосина фильтровальной бумагой и опустите в воду. (Осторожно! Может произойти разбрызгивание жидкости.) К полученноому раствору добавьте одну–две капельки фенолфталеина. Убедитесь в щелочной реакции получившегося раствора.

1)Напишите уравнения соответствующих реакций, применив электронно–ионный баланс к окислительно–восстановительной реакции (см. Пример 1).

ОПЫТ 2. Отношение металлов к водным растворам щелочей: взаимодействие алюминия с раствором гидроксида натрия.

В пробирку поместите стружечку алюминия и добавьте 3 – 5 капель 30 % раствора гидроксида натрия. Наблюдайте выделение газа – водорода.

1) Напишите уравнение реакции, учитывая, что в реакции принимает участие вода.

2) Каков механизм растворения алюминия в щелочах? (См. пример 2).

3)Какими значениями электродных потенциалов должны обладать металлы, взаимодействующие с водой?

Опыт 3. Действие кислот на металлы.

3.1. Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой.

В три пробирки поместите по кусочку металлических алюминия, цинка и меди, добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты.

1) Исходя из положения этих металлов в ряду напряжений, сделайте предположительный вывод о возможности протекания реакции между этими металлами и серной кислотой.

2)После даказательства взаимодействия металлов с серной кислотой опытным путём, отметьте различие в скорости протекания реакции и, исходя из Е° сопряжённых окислительно–восстановительных пар, вычислите ЭДС проведённых реакции.

3)Составьте молекулярные уравнения, применив электронно–ионный баланс. (См. пример 3). 4)Укажите, какой ион является окислителем в этих реакциях?