Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Свойства кислот

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 + H₂SO_4(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 + 5H₂SO_4(конц.) = 4K₂SO₄ + H₂S↑ +4H₂O.
Малоактивные металлы восстанавливают серную кислоту преимущественно до SO₂. φ0(Ag/Ag+) = +0,8В – неактивный металл.
2Ag + 2H₂SO_4(конц.) = Ag₂SO₄ + SO₂↑ +2H₂O
Металлы средней активности восстанавливают серную кислоту преимущественно доS. φ0(Сd/Cd2+) = – 0,40В –металл средней активности.
3Cd + 4H₂SO_4(конц.) = 3CdSO₄ + S↓+4H₂O
Металлы переменной валентности окисляются концентрированной серной кислотой, как правило, до высшей степени окисления.
3Sn + 8H₂SO_4(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, Ni и 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 + 3H₂SO_4(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 + 4HNO_3(конц.) = Mg(NO₃)₂ + NO₂↑ +2H₂O
При реакции выделяется бурый газ NO2
Zn + 4HNO_3(конц.) = Zn(NO₃)₂ + NO₂↑ +2H₂O
Cu + 4HNO_3(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 + 4HNO_3(конц.) = H₂SnO₃ + 4NO₂↑ +H₂O
2Sb + 10HNO_3(конц.) = Sb₂O₅ + 10 NO₂↑ +5 H₂O
Mo + 6HNO_3(конц.) = H₂MoO₄ + 6NO₂↑ +2H₂O
В концентрированной азотной кислоте пассивируются Al, Fe, Cr, Ni, Со и 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 + 10HNO_3(разб.) = 8KNO₃ + NH₄NO₃ +3H₂O
Продуктами восстановления разбавленной азотной кислоты металлами средней активности являются азот или оксид азота(I).
4Cd + 10HNO_3(разб.) = 4Cd(NO₃)₂ + N₂O↑ +5H₂O
5Mn + 12HNO_3(разб.) = 5Mn(NO₃)₂ + N₂↑ +6H₂O
При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами продуктом восстановления является оксид азота(II).
3Cu + 8HNO_3(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