Отношение металлов к кислотам. Кислые соли Концентрированная азотная кислота

I) Кислота + металл = соль

1. Стоящие до Н металлы в ряду напряженности вытесняют из сильных кислот Н.

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ,

2. Стоящие после Н металлы вытесняют другие газы.

3Cu + 8HNO 3(разб) = 3Сu (NO 3) 2 +2NO+4H 2 O

II) Кислота + основание (р-я нейтролизации)

H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

III) Кислота + основный оксид

H 2 SO 4 + Na 2 O = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

IV) Кислоты реагируют с солями, если реагирующая кислота сильнее, чем соль или если образуется осадок.

HCI + AgNO 3 → AgCI + HNO 3

Получение.

1. Кисл.оксид + вода

SO 3 +H 2 O=H 2 SO 4
CO 2 +H 2 O=HCO 3

2. Бескислородные кислоты

o Взаимодействие простых веществ

o При действии на соли сильными кислотами, выделяются более слабые.

K 2 S + 2HNO 3 = 2KNO 3 + H 2 S

8.Соли, их классификации, химические свойства и получение.

Соли – сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.

Классификация.

1.Средние соли – все атомы водорода в кислоте замещены металлом.

2.Кислые соли – не все атомы водорода в кислоте замещены металлом. Разумеется, кислые соли могут образовывать только двух- или многоосновные кислоты. Одноосновные кислоты кислых солей давать не могут: NaHCO 3 , NaH 2 PO 4 ит. д.

3. Соли основные - можно рассматривать как продукты неполного, или частичного, замещения гидроксильных групп оснований кислотными остатками: Аl(OH)SO 4 , Zn(OH)Cl и т.д.

4. Двойные соли – атомы водорода двух- или многоосновной кислоты замещены не одним металлом, а двумя различными: NaKCO 3 , KAl(SO 4) 2 и т.д.

Комплексные соли

Химические свойства.

Некоторыесоли разлагаются при нагревании

CaCO 3 = CaO + CO 2

2)Соль + кислота= новая соль и новая кислота. Для осуществление этой реакции необходимо, чтобы кислота была более сильная чем соль, на которую воздействует кислота:

2NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2HCl.

3)Соль + основание = новая соль и новое основание:

Ba(OH) 2 + Mg SO 4 → BaSO 4 ↓ + Mg(OH) 2 .

4)Соль + Соль = новая соль

NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 .

Взаимодействуют с металлами(левее металла, входящего в состав соли)

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu↓.

Получение.

1. Кислота+основание

3 . Основание + кисл.оксид

5 . Кислота+соль

7 . Соль+соль

9 . Металл+неметалл

9.Растворы. Виды дисперсных систем. Примеры. Процентная концентрация растворов. Решить задачу на процентную концентрацию.

Растворы – это гомогенная физико-химическая система, состоящая из 2-х или более компонентов и продуктов их взаимодействия.

Важной характеристикой раствора является его состав.

Компоненты агрегатное состояние которых не меняется при образовании раствора называют растворителем. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агр.состоянии (этанол и вода), то растворителем является тот,кто в избытке

Растворы могут находиться в разных агр.состояниях:

1) Газовые (воздух)

2) Жидкие (Водные и неводные:спиртовые и масляные)

3) Твердые (сплавы металлов)

Растворимостью вещества называется способность его частиц равномерно распределяться между частицами растворителя.

Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя.

I) Массовая доля растворенного вещества

II) Молярная концентрация вещества (См) – отношение количества вещества к объему раствора

Реакция 1. Металл + кислота = соль + водород

Тип реакции - реакция замещения .
Признак реакции - выделение газа.

При составлении уравнений реакций не забывать, что водород выделяется в виде двухатомных молекул H 2 !

Осуществимость - необходимо выполнение двух условий:
1) с кислотами (кроме азотной и концентрированной серной) реагируют только металлы, находящиеся в ряду активностей металлов до водорода (см. схему);
2)при реакции металлов с азотной и концентрированной серной кислотами водород не выделяется , эти кислоты действуют на металлы по своим законам. Кремниевая кислота вообще не реагирует с металлами , потому что не растворяется в воде.

Пример: С какими из перечисленных веществ вступает в реакцию хлороводородная (соляная) кислота: Na 2 О, Сu, SO 3 , Zn? Составьте уравнения возможных реакций.

1. Определяем принадлежность заданных в условий веществ к соответствуюцим классам и тут же проверяем, реагируют ли они с кислотами. Получается:

Na 2 О - основный оксид - реагирует (получается соль и вода);

Си - металл, находящийся в ряду активности после водорода, - не реагирует;

SOз - кислотный оксид - не реагирует;

Zn - металл, находящийся в ряду активности до водорода, - реагирует (получается соль и водород).

2. Чтобы составить уравнения реакций, определим валентность металлов (натрий - I, цинк - II) и составим формулы солей учитывая, что валентность кислотного остатка Сl составляет I. Осталось записать уравнения реакций:

Na 2 О + 2НСl = 2NaCl + Н 2 О;
Zn + 2НСl= ZnCl 2 + H 2 .

Реакция 2. основный оксид + кислота = соль + вода
Тип реакции - реакция обмена .
Составить уравнение этой реакции проще, чем уравнение реакции 1, потому что формула кислоты нам уже известна; зная ее, просто получить и формулу кислотного остатка, и его валентность.
Дальше поступаем так же, как и в предыдущем примере. При составлении уравнения реакции не забудем, что выделяется вода!

Пример: Составьте уравнение реакции между оксидом алюминия и хлороводородной кислотой.

1. Вспомним формулу хлороводородной кислоты - НСl, ее остаток Сl(хлорид) имеет валентность I.
2. По периодической системе Д.И. Менделеева установим, что валентность алюминия III и формула его оксида Аl2Оз.
3. Составим формулу продукта реакции - соли (хлорида алюминия): АlСlз.
4. Запишем уравнение реакции и подберем в нем коэффициенты:

Аl2Оз + 6HCl = АlСlз + 3H2O

Реакция 3. Основание + кислота = соль + вода

Эта реакция носит специальное название - реакция нейтрализации, потому что в ходе ее кислота и основание как бы взаимно уничтожаются.

Тип реакции - реакция обмена.

Признаки реакции: выделение тепла, изменение окраски индикатора, для нерастворимых гидроксидов- исчезновение осадка.

Чтобы составить уравнение реакции нейтрализации нужно сделать следующее:

1) определить валентности металла и кислотного остатка;

2) составить формулу образующейся соли;

3) записать уравнение реакции и подобрать коэффициенты.

(фото как из малинового раствора при добавлении кислоты получается прозрачный раствор; фото2 –к голубому осадку прилили кислоту и он растворился)

Реакция между кислотой и основанием в результате которой образуется соль и вода называется реакцией нейтрализации .

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

Реакция 4. Кислота + соль = новая кислота + новая соль

Тип реакции - реакция обмена .
Признаки реакции - выпадение осадка или выделение газа. Осуществимость: реакция возможна, если получается нерастворимая соль (см таблицу растворимости) или нерастворимая, нестойкая или летучая кислота.

Полезно знать: что среди важнейших кислот, содержащихся в таблице:

• нерастворимая - кремниевая (H 2 SiO 3);
• нестойкие - угольная (Н 2 СОз = H 2 O + CO 2) и сернистая (Н 2 SОз = Н 2 О + SO 2);
• летучие - сероводородная (H 2 S), а также НСl, HBr, HI, НNОз - но только в отсутствии воды и при нагревании.

Чтобы составить уравнение реакции, надо проделать следующие операции:
1) составить схему реакции, для чего определить формулы получающихся соли и кислоты (в этом лучше всего поможет таблица растворимости или знание валентности);
2) проверить условие осуществимости реакции (таблица поможет и в этом);
3) если реакция осуществима - записать уравнение реакции. Если получаются угольная или сернистая кислоты - сразу записать продукты их разложения (оксид и воду).

HCl + AgNO 3 = AgCl â + HNO 3

Выполните предложенные упражнения:

1.Закончите уравнения реакций и подберите коэффициенты:
а) СаО+НзРО4 -> б) Na2О +Н2СОз ->
в) Fе2Оз + H2SО4 -> г) ZnO + HNО3 ->
2.Составьте уравнения реакций между веществами: а) иодоводородная кислота и оксид бария; б) серная кислота и оксид железа (III); в) азотная кислота и оксид лития; г) фосфорная кислота и оксид калия.

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ

Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.

Соляная кислота ( HCl )

Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

HCl H + + Cl -

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя , окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода . Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl соль + H 2

При этом соль представляет собой хлорид металла (NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.

Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления :

Fe 0 → Fe 2+

Co 0 → Co 2+

Ni 0 → Ni 2+

Cr 0 → Cr 2+

Mn 0 → Mn 2+ и др .

Пример:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│ Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление

3│2 H + + 2 e - → H 2 – восстановление

Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца (II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:

Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H 2

Серная кислота ( H 2 SO 4 )

В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.

Разбавленная серная кислота

В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:

H 2 SO 4 H + + HSO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя .

Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).

Химическая реакция протекает по схеме:

Ме + H 2 SO 4( разб .) → соль + H 2

Пример :

2 Al + 3 H 2 SO 4( разб .) → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

1│2Al 0 – 6e - → 2Al 3+ - окисление

3│2 H + + 2 e - → H 2 – восстановление

Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления :

Fe 0 → Fe 2+

Co 0 → Co 2+

Ni 0 → Ni 2+

Cr 0 → Cr 2+

Mn 0 → Mn 2+ и др .

Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

Концентрированная серная кислота

В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера , находящаяся в высшей степени окисления (S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы .

Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:

Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4

Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:

Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H 2 S , S и SO 2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла : чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.

Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:

Алюминий (Al ) и железо (Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H 2 SO 4 , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.

Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt не реагируют с серной кислотой.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем , поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления , чем в случае с разбавленным раствором кислоты:

Fe 0 → Fe 3+ ,

Cr 0 → Cr 3+ ,

Mn 0 → Mn 4+ ,

Sn 0 → Sn 4+

Свинец ( Pb ) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb ( HSO 4 ) 2 .

Примеры:

Активный металл

8 A1 + 15 H 2 SO 4( конц .) →4A1 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S

4│2 Al 0 – 6 e - → 2 Al 3+ - окисление

3│ S 6+ + 8 e → S 2- – восстановление

Металл средней активности

2 Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S

1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - окисление

1│ S 6+ + 6 e → S 0 - восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H 2 SO 4( конц .) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2

1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление

3│ S 6+ + 2 e → S 4+ - восстановление

Азотная кислота ( HNO 3 )

Особенностью азотной кислоты является то, что азот, входящий в состав NO 3 - имеет высшую степень окисления +5 и поэтому обладает сильными окислительными свойствами. Максимальное значение электродного потенциала для нитрат-иона равно 0,96 В, поэтому азотная кислота – более сильный окислитель, чем серная. Роль окислителя в реакциях взаимодействия металлов с азотной кислотой выполняет N 5+ . Следовательно, водород H 2 никогда не выделяется при взаимодействии металлов с азотной кислотой (независимо от концентрации ). Процесс протекает по схеме:

Me + HNO 3 соль + вода + продукт восстановления HNO 3

Продукты восстановления HNO 3 :

Обычно при взаимодействии азотной кислоты с металлом образуется смесь продуктов восстановления, но как правило, один из них является преобладающим. Какой из продуктов будет основным, зависит от концентрации кислоты и активности металла.

Концентрированная азотная кислота

Концентрированным считают раствор кислоты плотностью ρ > 1,25 кг/м 3 , что соответствует
концентрации > 40%. Независимо от активности металла реакция взаимодействия с HNO 3 (конц.) протекает по схеме:

Me + HNO 3 (конц.) → соль + вода + NO 2

С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют благородные металлы (Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ), а ряд металлов (Al , Ti , Cr , Fe , Co , Ni ) при низкой температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной выше.

Примеры

Активный металл

Al + 6 HNO 3( конц .) → Al (NO 3 ) 3 + 3 H 2 O + 3 NO 2

1│ Al 0 – 3 e → Al 3+ - окисление

3│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление

Металл средней активности

Fe + 6 HNO 3(конц.) → Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O + 3NO

1│ Fe 0 – 3e → Fe 3+ - окисление

3│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление

Металл малоактивный

Ag + 2HNO 3( конц .) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2

1│ Ag 0 – e → Ag + - окисление

1│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление

Разбавленная азотная кислота

Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности металла , участвующего в реакции:

Примеры:

Активный металл

8 Al + 30 HNO 3(разб.) → 8Al(NO 3) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3

8│ Al 0 – 3e → Al 3+ - окисление

3│ N 5+ + 8 e → N 3- - восстановление

Выделяющийся в процессе восстановления азотной кислоты аммиак сразу взаимодействует с избытком азотной кислоты, образуя соль – нитрат аммония NH 4 NO 3 :

NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3.

Металл средней активности

10Cr + 36HNO 3( разб .) → 10Cr(NO 3) 3 + 18H 2 O + 3N 2

10│ Cr 0 – 3 e → Cr 3+ - окисление

3│ 2 N 5+ + 10 e → N 2 0 - восстановление

Кроме молекулярного азота (N 2 ) при взаимодействии металлов средней активности с разбавленной азотной кислотой образуется в равном количестве оксид азота (I ) – N 2 O . В уравнении реакции нужно писать одно из этих веществ .

Металл малоактивный

3Ag + 4HNO 3( разб .) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO

3│ Ag 0 – e → Ag + - окисление

1│ N 5+ + 3 e → N 2+ - восстановление

«Царская водка»

«Царская водка» (ранее кислоты называли водками) представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» - золото. Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III ), или хлорида нитрозила – NOCl :

HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl

2 NOCl → 2 NO + Cl 2

Хлор в момент выделения состоит из атомов. Атомарный хлор является сильнейшим окислителем, что и позволяет «царской водке» воздействовать даже на самые инертные «благородные металлы».

Реакции окисления золота и платины протекают согласно следующим уравнениям:

Au + HNO 3 + 4 HCl → H + NO + 2H 2 O

3Pt + 4HNO 3 + 18HCl → 3H 2 + 4NO + 8H 2 O

На Ru , Os , Rh и Ir «царская водка» не действует.

Е.А. Нуднoва, М.В. Андрюxова

С разбавленными кислотами, которые проявляют окислительные свойства за счет ионов водорода (разбавленные серная, фосфорная, сернистая, все бескислородные и органические кислоты и др.)

реагируют металлы:
расположенные в ряду напряжений до водорода (эти металлы способны вытеснять водород из кислоты);
образующие с этими кислотами растворимые соли (на поверхности этих металлов не образуется защитная солевая
пленка).

В результате реакции образуются растворимые соли и выделяется водород:
2А1 + 6НСI = 2А1С1 3 + ЗН 2
М g + Н 2 SO 4 = М gS О 4 + Н 2
разб.
С u + Н 2 SO 4 → X (так как С u стоит после Н 2)
разб.
РЬ + Н 2 SO 4 → X (так как РЬ SO 4 нерастворим в воде)
разб.
Некоторые кислоты являются окислителями за счет элемента, образующего кислотный остаток, К ним относятся концентрированная серная, а также азотная кислота любой концентрации. Такие кислоты называют кислотами-окислителями.

Анионы данных кислот содержат атомы серы и азота в высших степенях окисления

Окислительные свойства кислотных остатков и значительно сильнее, чем нона водорода Н, поэтому азотная и концентрированная серная кислоты взаимодействуют практически со всеми металлами, расположенными в ряду напряжений как до водорода, так и после него, кроме золота и платины. Так как окислителями в этих случаях являются ноны кислотных остатков (за счет атомов серы и азота в высших степенях окисления), а не ноны водорода Н, то при взаимодействии азотной, а концентрированной серной кислот с металлами не выделяется водород. Металл под действием данных кислот окисляется до характерной (устойчивой) степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и степени разбавления кислоты

Взаимодействие серной кислоты с металлами

Разбавленная и концентрированная серные кислоты ведут себя по-разному. Разбавленная серная кислота ведет себя, как обычная кислота. Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода

Li, К , Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au

вытесняют водород из разбавленной серной кислоты. Мы видим пузырьки водорода при добавлении разбавленной серной кислоты в пробирку с цинком.

H 2 SO 4 + Zn = Zn SO 4 + H 2

Медь стоит в ряду напряжений после водорода – поэтому разбавленная серная кислота не действует на медь. А в концентрированной серной кислоты, цинк и медь, ведут себя таким образом…

Цинк, как активный металл, может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу, и даже сероводород.

2H 2 SO 4 + Zn = SO 2 +ZnSO 4 + 2H 2 O

Медь - менее активный металл. При взаимодействии с концентрированно серной кислотой восстанавливает ее до сернистого газа.

2H 2 SO 4 конц. + Cu = SO 2 + CuSO 4 + 2H 2 O

В пробирках с концентрированной серной кислотой выделяется сернистый газа.

Следует иметь в виду, что на схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов восстановления кислот.

На основании приведенных схем составим уравнения конкретных реакций — взаимодействия меди и магния с концентрированной серной кислотой:
0 +6 +2 +4
С u + 2Н 2 SO 4 = С uSO 4 + SO 2 + 2Н 2 O
конц.
0 +6 +2 -2
4М g + 5Н 2 SO 4 = 4М gSO 4 + Н 2 S + 4Н 2 O
конц.

Некоторые металлы ( Fe . АI, С r ) не взаимодействуют с концентрированной серной и азотной кислотами при обычной температуре, так как происходит пассивации металла. Это явление связано с образованием на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной пленки, которая и защищает металл. По этой причине азотную и концентрированную серную кислоты транспортируют в железных емкостях.

Если металл проявляет переменные степени окисления, то с кислотами, являющимися окислителями за счет ионов Н + , он образует соли, в которых его степень окисления ниже устойчивой, а с кислотами-окислителями — соли, в которых его степень окисления более устойчива:
0 +2
F е+Н 2 SO 4 = F е SO 4 +Н 2
0 разб. + 3
F е+Н 2 SO 4 = F е 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2 + 6Н 2 O
конц

И.И.Новошинский
Н.С.Новошинская