V. Примеры выполнения заданий
Пример 1. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия алюминия с водой.
Решение. При взаимодействии алюминия с водой окислителем является ион водорода (H+)
2
Al – 3e =Al
3+ e
0
= –1,67В,
3 2H20 + 2e = H2 + 2OH- e0 = – 0,41В.
2Al + 6H2O = 2Al3+ + 6OH- + 3H2
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
Э.Д.С.реакции = (–0,41)–(–1,67) = +1,26В. . Реакция протекает с образованием гидроксида алюминия и водорода. Однако образующийся в результате реакции гидроксид алюминия нерастворим в воде. Реакция останавливается. Термодинамически алюминий взаимодействует с водой, а практически происходит пассивация.
Пример 2. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия натрия с водой.
Решение. При взаимодействии натрия с водой окислителем является ион водорода (H+)
2 Na – e = Na+ e 0 = –2,71В
1 2H2O + 2e = H2 + 2OH- e0 = –0,41В.
2Na + 2H2O = 2Na+ + 2OH- + H2
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Э.Д.С.реакции = (–0,41В) – (–2,71В) = +2,30В. Реакция протекает с образованием гидроксида натрия и водорода.
Пример 3. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия цинка с водным раствором гидроксида натрия.
Решение. При взаимодействии цинка с водой окислителем является ион водорода (H+)
1 Zn –2e = Zn2+ e 0 = –0,74В
1 2H2O + 2e = H2 + 2OH- e0 = –0,41В.
Zn + 2H2O = Zn2+ + 2OH- + H2
Zn + 2H2O = Zn(OH)2 + H2
Э.Д.С. = (–0,41В) – (–0,74В) = +0,33В. Реакция протекает с образованием нерастворимого в воде гидроксида цинка. Реакция прекращается, так как защитная пленка разделяет реагенты. Практически металл цинк не реагирует с водой. Однако в щелочной (основной) среде амфотерный гидроксид цинка проявляет кислотный характер и взаимодействует с основанием
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Образующаяся соль растворима в воде. Таким образом, защитная пленка разрушается, и металл цинк реагирует с водой.
Суммарная реакция:
Zn + 2H2O +2NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2.
Пример 4. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия цинка с хлороводородной кислотой.
Решение. При взаимодействии цинка с хлороводородной кислотой окислителем является ион водорода (H+)
1 Zn – 2e = Zn2+ e 0 = –0,74В
1 2H + + 2e = H2 e0 = +0,00В
Zn + 2H += H2 + Zn2+
Zn + 2HCl = H2 + ZnCl2 .
Э.Д.С. = (–0,00В) – (–0,74В) = +0,74В. Реакция протекает с образованием водорода и хлорида цинка, растворимого в воде
Пример 5. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой.
Решение. При взаимодействии цинка с концентрированной серной кислотой окислителем является сульфат-ион (SO42-). Цинк относиться к среднеактивным металлам. В результате реакции образуется сера.
3 Zn – 2e = Zn2+ e 0 = –0,74В
1 SO42- + 8H+ + 6e = S + 4H2O e0 = +0,36В
3Zn + SO42- + 8H+ = 3Zn2+ + S + 4H2O
3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O.
Э.Д.С. = (+0,36В) – (–0,74В) = +1,10В. Реакция протекает с образованием серы.
Пример 6. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия цинка с разбавленной азотной кислотой.
Решение. В разбавленной азотной кислоте окислителем является нитрат-ион (NO3-). Цинк относится к среднеактивным металлам. В результате реакции образуется оксид азота (I)
4 Zn – 2e = Zn2+ e 0 = –0,74В
1 2NO3- +10H+ + 8e = N2O + 5H2O e0 = +1,12В.
4Zn + 2NO3- + 10H+ = 4Zn2+ + N2O + 5H2O
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
Э.Д.С. = (+1,12В) – (–0,74В) = +1,86В. Реакция протекает с образованием оксида азота (I).
Таблица
Стандартные электродные потенциалы металлов
-
Электрод
е0В
Электрод
е0В
Li / Li+
-3,045
Fe / Fe 2+
-0,440
Rb / Rb+
-2,925
H2 / H2О
-0,410
K / K+
-2,924
Cd / Cd 2+
-0,403
Cs / Cs+
-2,923
Co / Co 2+
-0,277
Ba / Ba 2+
-2,900
Ni / Ni 2+
-0,250
Ca / Ca 2+
-2,870
Sn / Sn 2+
-0,136
Na / Na+
-2,714
Pb / Pb 2+
-0,127
Mg / Mg 2+
-2,370
H2 / 2H+
0,00
Be / Be 2+
-1,850
Bi / Bi 3+
+0,215
AI / AI 3+
-1,660
Cu / Cu2+
+0,340
Ti / Ti 2+
-1,603
Ag / Ag+
+0,80
Mn / Mn 2+
-1,180
Hg / Hg 2+
+0,85
Zn / Zn 2+
-0,763
Pt / Pt 2+
+1,19
Cr / Cr 3+
-0,740
Au / Au 3+
+1,50
Методические указания по дисциплине «Химия» к лабораторным занятиям по теме « Металлы. Коррозия металлов. Раздел Химические свойства металлов» для студентов специальностей 130503 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ» (НТХ/СТХ), 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» дневной формы обучения
Составитель: канд. хим. наук, доцент Обухов В.М.
Подписано к печати Бумага писч. № 1
Заказ № Уч. изд. л.
Формат 60/90/ 1/16. Усл. печ. л.
Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.
Издательство «Нефтегазовый университет»
Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»