Отношение металлов к кислотам

 

Почти все металлы окисляются кислотами. Характер взаимодействия металла с кислотой зависит как от активности металла, так и от свойств и концентрации кислоты.

 

3.3.1 Взаимодействие металлов с кислотами, окислителем в которых является катион водорода.

 

(HCl, HBr, H₃PO₄, H₂SO₄(разбав.))

восстановитель Me^o – ne → Meⁿ⁺

окислитель 2H⁺ + 2e → H₂

 

Реакция взаимодействия металлов с перечисленными выше кислотами сводится к вытеснению водорода из кислоты.

В данных средах способны разрушаться металлы, φ^о которых меньше нуля, т.е. в ряду напряжения эти металлы стоят выше водорода, при условии, что продукты взаимодействия их с кислотой не образуют нерастворимых веществ, которые способны выполнять защитную функцию:

     

e

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂  φ^o_{Zn / Zn}²⁺ = - 0.76B

Pb + H₂SO_{4 разб} ≠ ↓ PbSO₄ + H₂  φ^o_{Pb / Pb}²⁺ = - 0.14B

 

3Fe + 2H₃PO₄ = ↓Fe₃PO₄ + 3H₂ φ^o_{Fe / Fe}³⁺ = - 0.44B

Fe^o – 2e → Fe²⁺ |

2H⁺ + 2e → H₂ |

 

Фосфат железа (II) образует на поверхности железа защитную пленку, поэтому в фосфорной кислоте железо не разрушается.

 

Ni + H₂SO_{4 разб} = NiSO₄ + H₂ (φ^o_{Ni / Ni}²⁺ = - 0.25B)

 

Cu + H₂SO₄ ≠              процесс не протекает,

 

т.к.                φ^o_{Cu / Cu}²⁺ = +0.34.

 

Схема

                                   

                             Ме до водорода                                                                                                     

                                                                       Н₂ + соль в низшей степени                    

                                                                                            окисления

 

Me + HCl →

     H₂SO₄

     (разб)

     H₃PO₄

                                                                        Реакция не идет.

                             Me за водородом

                   

Поведение металлов в концентрированной кислоте

H ₂ SO ₄

Окислительную функцию выполняет анион SO₄^2-.

Характер взаимодействия металла с концентрированной серной кислотой зависит от активности металла.

Малоактивные металлы (расположенные ниже цинка) окисляются до сульфатов в высшей степени окисления, восстанавливая кислоту до сернистого газа – SO₂.

Примеры:

        _{+6                     +4             +4}

Sn^o + 4H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

      ^(конц)

Sn^o – 4e → Sn⁺⁴ | 1

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴ | 2

 

Свинец окисляется серной кислотой до гидросульфата – Pb(HSO₄)₂

 

Cu + 2H₂SO₄ = Cu²⁺SO₄ + SO⁺⁴₂ + 2H₂O

       ^(конц)

Cu^o – 2e → Cu²⁺

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

 

Активные металлы, являясь более сильными восстановителями, способны восстановить H₂SO₄ (конц) до свободной серы или сероводорода.

 

Пример:

                           ₊₂

3Zn^o + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S^o + 4H₂O

         ^(конц)

Zn^o – 2e → Zn⁺² | 2

 ₊₆

S + 6e → S^o | 1

 

                           ₊₂

8Al^o + 15H₂SO₄ = 4Al₂(SO₄)₃ + 3H₂S + 12H₂O

         ^(конц)

2Al^o – 6e → 2Al⁺² | 4

 ₊₆

S + 8e → S^-2 | 3

 

Схемы процессов

 

                             Ме до Zn                                                                                                         

                                                                       сульфат металла в В.С.О.

                                                                        +S, H₂S + H₂O

 

Me + H₂SO₄→

   (конц)         

         

 

                 

                                                                     сульфат металла в В.С.О.

                              Me ниже Zn      +SO₂ + H₂O

 

                                                                                           

3.3.3. Поведение металлов в растворах HNO ₃

Азотная кислота является сильным окислителем, причем окисляет металлы ионом – NO₃^-. В зависимости от природы металла и концентрации кислоты азотная кислота способна восстанавливаться до различных продуктов.

Концентрированная азотная кислота способна или разрушать металлы или пассировать их поверхность.

        ₊₅                                                                                                     

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO⁺⁴₂ + 2H₂O

       ^(конц)

Cu^o – 2e → Cu⁺² | 1

 ₊₅

N + e → N⁺⁴ | 2

 

Примеры:

              _холод

Al + 6HNO₃ = Al₂O₃ + 6NO₃ + 3H₂O

         ^(конц)

                               формирование оксидной пленки (пассивирование)

 

2Al^o – 6e → 2Al⁺³ | 1

 ₊₅

N + e → N⁺⁴ | 6

 

                 t

Al + 6HNO₃ = Al₂(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

     ^конц

                                 

Al^o – 3e → Al⁺³ | 1

 ₊₅

N + e → N⁺⁴ | 3

 

Концентрированная азотная кислота окисляет олово, титан и др. до кислот.

Примеры:

3Sn + 4HNO₃ + H₂O = 3H₂SnO₃ + 4H₂O

         ^(конц)

 

Sn^o – 4e → Sn⁺⁴ | 3

 ₊₅

N + 3e → N⁺² | 4

 

Разбавленная азотная кислота в отличии от разбавленной серной способна взаимодействовать с большинством металлов, окисляя их до нистратов, продуктами восстановления кислоты могут быть

Примеры:

              _{+5             +1                 +2}

3Ag^o + 4HNO₃ = 3AgNO₃ + NO + H₂O

         ^(разб)

 

Ag^o – 6e → Ag⁺¹ | 3

 ₊₅

N + 3e → N⁺² | 1

 

                                        _{+2                     +1}

4Mg^o + 10HNO₃ = 4Mg(NO₃)₂+ N₂O + 5H₂O

         ^(разб)

 

Mg^o – 2e → Mg⁺² | 4

 ₊₅

2N^o + 8e → 2N⁺¹ | 1

 

5Mg^o + 12HNO₃ = 5Mg(NO₃)₂+ N₂ + 6H₂O

         ^(разб)

 

Mg^o – 2e → Mg⁺² | 5

 ₊₅

2N^o + 10e → N₂^o | 1

 

          _{+5             t                                     -3}

4Mg^o + 10HNO₃ = 4Mg(NO₃)₂+ NH₄NO₃ + 5H₂O

         ^{(очень разб)}

 

Mg^o – 2e → Mg⁺² | 4

 ₊₅

N^o + 8e → N^-3 | 1

 

Малоактивные металлы, окисляясь до нитратов, восстанавливают HNO₃ до оксида азота NO.

Активные металлы восстанавливают разбавленную азотную кислоту до: N₂O, N₂, NH₃

Схема поцессов

 

 

Нитрат металла + NO₂ + H₂O в   

 В.С.О.

 

                         конц

                                                               Al, Fe, Ge пассивирует

Me + HNO₃ →

                                         Ме ниже Zn      нитрат металла +NO +H₂O

                          разб

                                         

                                           Me выше Zn    нитрат металла в В.С.О.                            

                                                                                   + N₂O, N₂ + H₂O,  NH₃

                                                                 (NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃)