Відношення металів до кислот. Кислі солі Концентрована азотна кислота
I) Кислота + метал = сіль
1. Метали, що стоять до Н, у ряді напруженості витісняють із сильних кислот Н.
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. Метали, що стоять після Н, витісняють інші гази.
3Cu + 8HNO 3(розб) = 3Сu (NO 3) 2 +2NO+4H 2 O
II) Кислота + основа(Р-я нейтралізації)
H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
III) Кислота + основний оксид
H 2 SO 4 + Na 2 O = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
IV) Кислоти реагують із солями,якщо реагуюча кислота сильніша, ніж сіль або якщо утворюється осад.
HCI + AgNO 3 → AgCI + HNO 3
Отримання.
1. Кисл.оксид + вода
SO 3 +H 2 O=H 2 SO 4
CO 2 +H 2 O=HCO 3
2. Безкисневі кислоти
o Взаємодія простих речовин
o При дії на солі сильними кислотами, виділяються слабші.
K 2 S + 2HNO 3 = 2KNO 3 + H 2 S
8.Солі, їх класифікації, хімічні властивості та отримання.
Солі –складні речовини, що складаються з атомів металів та кислотних залишків.
Класифікація.
1.Середні солі- Усі атоми водню в кислоті заміщені металом.
2.Кислі солі- Не всі атоми водню в кислоті заміщені металом. Зрозуміло, кислі солі можуть утворювати лише дво-або багатоосновні кислоти. Одноосновні кислоти кислих солей не можуть давати: NaHCO 3 , NaH 2 PO 4 іт. буд.
3. Солі основні- можна розглядати як продукти неповного або часткового заміщення гідроксильних груп основ кислотними залишками: Аl(OH)SO 4 , Zn(OH)Cl і т.д.
4. Подвійні солі- Атоми водню двох-або багатоосновної кислоти заміщені не одним металом, а двома різними: NaKCO 3 , KAl(SO 4) 2 і т.д.
Комплексні солі
Хімічні характеристики.
Деякі солі розкладаються при нагріванні
CaCO 3 = CaO + CO 2
2) Сіль + кислота = нова сіль та нова кислота. Для здійснення цієї реакції необхідно, щоб кислота була сильніша за сіль, на яку впливає кислота:
2NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2HCl.
3) Сіль + основа =нова сіль та нова основа :
Ba(OH) 2 + Mg SO 4 → BaSO 4 ↓ + Mg(OH) 2 .
4) Сіль + Сіль = нова сіль
NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 .
Взаємодіють з металами (лівіше за метал, що входить до складу солі)
Fe+CuSO4 → FeSO4+Cu↓.
Отримання.
1. Кислота+основа
3 . Основа + кисл.оксид
5 . Кислота+сіль
7 . Сіль+сіль
9 . Метал+неметал
9. Розчини. Види дисперсних систем. приклади. Відсоткова концентрація розчинів. Розв'язати задачу на відсоткову концентрацію.
Розчини- це гомогенна фізико-хімічна система, що складається з 2-х або більше компонентів та продуктів їхньої взаємодії.
Важливою характеристикою розчину є склад.
Компоненти агрегатний стан яких не змінюється під час утворення розчину називають розчинником. Якщо обидва компоненти до розчинення перебували в однаковому стані (етанол і вода), то розчинником є той, хто в надлишку
Розчини можуть знаходитися в різних агр.
1) Газові (повітря)
2) Рідкі (Водні та неводні: спиртові та масляні)
3) Тверді (сплави металів)
Розчинність речовини називаєтьсяздатність його частинок рівномірно розподілятися між частинками розчинника.
Концентрацією розчину називаютькількість розчиненої речовини, що міститься у певній кількості розчину або розчинника.
I) Масова частка розчиненої речовини
II) Молярна концентрація речовини (См) – відношення кількості речовини до об'єму розчину
Реакція 1. Метал + кислота = сіль + водень
Тип реакції - реакція заміщення.
Ознака реакції - виділення газу.
П При складанні рівнянь реакцій не забувати, що водень виділяється у вигляді двоатомних молекул H 2 !
Здійсненність - необхідне виконання двох умов:
1) з кислотами (крім азотної та концентрованої сірчаної) реагують тільки метали, що знаходяться у ряді активностей металів до водню (див. схему);
2) при реакції металів з азотною та концентрованою сірчаною кислотами водень не виділяєтьсяЦі кислоти діють на метали за своїми законами. Кремнієва кислота взагалі не реагує з металами, тому що не розчиняється у воді.
Приклад:З якими з перерахованих речовин входить у реакцію хлороводнева (соляна) кислота: Na 2 Про, Сu, SO 3 , Zn? Складіть рівняння можливих реакцій.
1. Визначаємо належність заданих в умовах речовин до відповідних класів і тут же перевіряємо, чи реагують вони з кислотами. Виходить:
Na 2 Про - основний оксид - реагує (виходить сіль та вода);
Си - метал, що перебуває у ряді активності після водню, - не реагує;
SOз – кислотний оксид – не реагує;
Zn - метал, що знаходиться в ряду активності до водню, - реагує (виходить сіль та водень).
2. Щоб скласти рівняння реакцій, визначимо валентність металів (натрій – I, цинк – II) та складемо формули солей враховуючи, що валентність кислотного залишку Сl становить I. Залишилось записати рівняння реакцій:
Na 2 Про + 2НСl = 2NaCl + Н 2 Про;
Zn + 2НСl = ZnCl 2 + H 2 .
Реакція 2. Основний оксид + кислота = сіль + вода
Тип реакції - реакція обміну.
Скласти рівняння цієї реакції простіше, ніж рівняння реакції 1, оскільки формула кислоти вже відома; знаючи її, просто отримати і формулу кислотного залишку, та його валентність.
Далі чинимо так само, як і в попередньому прикладі. При складанні рівняння реакції не забудемо, що виділяється вода!
Приклад: Складіть рівняння реакції між оксидом алюмінію та хлороводневою кислотою.
1. Згадаймо формулу хлороводневої кислоти - НСl, її залишок Сl(хлорид) має валентність I.
2. За періодичною системою Д.І. Менделєєва встановимо, що валентність алюмінію III та формула його оксиду Аl2Оз.
3. Складемо формулу продукту реакції - солі (хлориду алюмінію): АlСlз.
4. Запишемо рівняння реакції та підберемо в ньому коефіцієнти:
Аl2Оз + 6HCl = АlСlз + 3H2O
Реакція 3. Основа + кислота = сіль + вода
Ця реакція має спеціальну назву - реакція нейтралізації,тому що в ході її кислота та основа ніби взаємно знищуються.
Тип реакції - реакція обміну.
Ознаки реакції: виділення тепла, зміна забарвлення індикатора, для нерозчинних гідроксидів - зникнення осаду.
Щоб скласти рівняння реакції нейтралізації, потрібно зробити наступне:
1) визначити валентності металу та кислотного залишку;
2) скласти формулу солі, що утворюється;
3) записати рівняння реакції та підібрати коефіцієнти.
(Фото як з малинового розчину при додаванні кислоти виходить прозорий розчин; фото2 -до блакитного осаду прилили кислоту і він розчинився)
Реакція між кислотою та основою в результаті якої утворюється сіль та вода називається реакцією нейтралізації .
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
4. Реакція 4. Кислота + сіль = нова кислота + нова сіль
Тип реакції - реакція обміну.
Ознаки реакції - випадання осаду чи виділення газу. Реакція можлива, якщо виходить нерозчинна сіль (див. таблицю розчинності) або нерозчинна, нестійка або летюча кислота.
Корисно знати:що серед найважливіших кислот, що містяться в таблиці:
- нерозчинна - кремнієва (H2SiO3);
- нестійкі - вугільна (Н 2 СОз = H 2 O + CO 2) та сірчиста (Н 2 SОз = Н 2 О + SO 2);
- леткі - сірководнева (H 2 S), а також НСl, HBr, HI, НNОз - але тільки у відсутності води та при нагріванні.
Щоб скласти рівняння реакції, треба зробити наступні операції:
1) скласти схему реакції, для чого визначити формули солі і кислоти, що виходять (у цьому найкраще допоможе таблиця розчинності або знання валентності);
2) перевірити умову здійсненності реакції (таблиця допоможе й у цьому);
3) якщо реакція можна здійснити - записати рівняння реакції. Якщо виходять вугільна чи сірчиста кислоти - відразу записати продукти їх розкладання (оксид та воду).
HCl + AgNO 3 = AgCl â + HNO 3
Виконайте запропоновані вправи:
1.Закінчіть рівняння реакцій та підберіть коефіцієнти:
а) СаО+НзРО4 -> б) Na2О +Н2СОз ->
в) Fе2Оз + H2SО4 -> г) ZnO + HNО3 ->
2.Складіть рівняння реакцій між речовинами: а) йодоводородна кислота та оксид барію; б) сірчана кислота та оксид заліза (III); в) азотна кислота та оксид літію; г) фосфорна кислота та оксид калію.
СТАВЛЕННЯ МЕТАЛІВ ДО КИСЛОТ
Найчастіше в хімічній практиці використовуються такі сильні кислоти, як сірчана H 2 SO 4 , соляна HCl та азотна HNO 3 . Далі розглянемо відношення різних металів до перерахованих кислот.
Соляна кислота ( HCl)
Соляна кислота – це технічна назва хлороводневої кислоти. Отримують її шляхом розчинення у воді газоподібного хлороводню – HCl . Зважаючи на невисоку його розчинність у воді, концентрація соляної кислоти за звичайних умов не перевищує 38%. Тому незалежно від концентрації соляної кислоти процес дисоціації її молекул у водному розчині протікає активно:
HCl H++ Cl -
Іони водню, що утворюються в цьому процесі H+ виконують роль окислювача, окислюючи метали, розташовані у ряду активності лівіше водню . Взаємодія протікає за схемою:
Me + HClсіль +H 2
При цьому сіль являє собою хлорид металу ( NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в якому число хлорид-іонів відповідає ступеню окиснення металу.
Соляна кислота є слабким окислювачем, тому метали зі змінною валентністю окислюються їй до нижчих позитивних ступенів окиснення:
Fe 0 → Fe 2+
Co 0 → Co 2+
Ni 0 → Ni 2+
Cr 0 →Cr 2+
Mn 0 → Mn 2+ і ін .
Приклад:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2
2│ Al 0 – 3 e- → Al 3+ - окислення
3│2 H + + 2 e- → H 2 - Відновлення
Соляна кислота пасивує свинець ( Pb ). Пасивація свинцю обумовлена утворенням на його поверхні важко розчинного у воді хлориду свинцю ( II ), який захищає метал від подальшого впливу кислоти:
Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H 2
Сірчана кислота (H 2 SO 4 )
У промисловості одержують сірчану кислоту дуже високої концентрації (до 98%). Слід враховувати відмінність окисних властивостей розведеного розчину та концентрованої сірчаної кислоти по відношенню до металів.
Розведена сірчана кислота
У розведеному водному розчині сірчаної кислоти більшість її молекул дисоціюють:
H 2 SO 4 H + + HSO 4 -
HSO 4 - H + + SO 4 2-
Іони, що утворюються Н+ виконують функцію окислювача .
Як і соляна кислота, розведений розчин сірчаної кислоти взаємодіє тільки з активними металами і середньої активності (Розташованими в ряду активності до водню).
Хімічна реакція протікає за схемою:
Ме+ H 2 SO 4(розб .) → сіль+ H 2
Приклад:
2 Al + 3 H 2 SO 4 (розб.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2
1│2Al 0 – 6 e- → 2Al 3+ -окислення
3│2 H + + 2 e- → H 2 - Відновлення
Метали зі змінною валентністю окислюються розведеним розчином сірчаної кислоти до нижчих позитивних ступенів окиснення:
Fe 0 → Fe 2+
Co 0 → Co 2+
Ni 0 → Ni 2+
Cr 0 → Cr 2+
Mn 0 → Mn 2+ і ін .
Свинець ( Pb ) не розчиняється в сірчаній кислоті (якщо її концентрація нижче 80%) , так як сіль, що утворюється PbSO 4 нерозчинна та створює на поверхні металу захисну плівку.
Концентрована сірчана кислота
У концентрованому розчині сірчаної кислоти (понад 68%) більшість молекул знаходяться в недисоційованому стані, тому функцію окислювача виконує сірка , що перебуває у вищому ступені окислення ( S+6 ). Концентрована H 2 SO 4 окислює всі метали, стандартний електродний потенціал яких менший від потенціалу окислювача – сульфат-іона SO 4 2- (0,36). У зв'язку з цим, з концентрованою сірчаною кислотою реагують та деякі малоактивні метали .
Процес взаємодії металів із концентрованою сірчаною кислотою в більшості випадків протікає за схемою:
Me + H 2 SO4 (конц.)сіль + вода + продукт відновлення H 2 SO 4
Продуктами відновлення сірчаної кислоти можуть бути такі сполуки сірки:
Практика показала, що при взаємодії металу з концентрованою сірчаною кислотою виділяється суміш продуктів відновлення, що складається з H 2 S , S та SO 2. Однак, один із цих продуктів утворюється в переважній кількості. Природа основного продукту визначається активністю металу : чим вище активність, тим глибше процес відновлення сірки у сірчаній кислоті.
Взаємодія металів різної активності з концентрованою сірчаною кислотою можна представити схемою:
Алюміній (Al ) та залізо ( Fe ) не реагують з холодною концентрованою H 2 SO 4 , покриваючись щільними оксидними плівками, проте при нагріванні реакція протікає.
Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt не реагують із сірчаною кислотою.
Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем , тому при взаємодії з нею металів, що мають змінну валентність, останні окислюються до вищих ступенів окислення ніж у випадку з розведеним розчином кислоти:
Fe 0→ Fe 3+ ,
Cr 0→ Cr 3+ ,
Mn 0→Mn 4+,
Sn 0→ Sn 4+
Свинець ( Pb ) окислюється до двовалентного стани з утворенням розчинного гідросульфату свинцюPb ( HSO 4 ) 2 .
Приклади:
Активний метал
8 A1 + 15 H 2 SO 4(кінц.) →4A1 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
4│2 Al 0 – 6 e- → 2 Al 3+ - окислення
3│ S 6+ + 8 e → S 2- - Відновлення
Метал середньої активності
2 Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - окислення
1│ S 6+ + 6 e → S 0 - відновлення
Метал малоактивний
2Bi + 6H 2 SO 4 (конц.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ –окислення
3│ S 6+ + 2 e → S 4+ - відновлення
Азотна кислота ( HNO 3 )
Особливістю азотної кислоти є те, що азот, що входить до складу NO 3 - має вищий ступінь окислення +5 і тому має сильні окислювальні властивості. Максимальне значення електродного потенціалу для нітрат-іона дорівнює 0,96, тому азотна кислота - сильніший окислювач, ніж сірчана. Роль окислювача у реакціях взаємодії металів з азотною кислотою виконує N 5+ . Отже, водень H 2 ніколи не виділяється при взаємодії металів з азотною кислотою ( незалежно від концентрації ). Процес протікає за схемою:
Me + HNO 3 сіль + вода + продукт відновлення HNO 3
Продукти відновлення HNO 3 :
Зазвичай при взаємодії азотної кислоти з металом утворюється суміш продуктів відновлення, але, як правило, один із них є переважним. Який із продуктів буде основним, залежить від концентрації кислоти та активності металу.
Концентрована азотна кислота
Концентрованим вважають розчин кислоти щільністюρ > 1,25 кг/м 3 що відповідає
концентрації >40%. Незалежно від активності металу реакція взаємодії з HNO 3 (конц.) протікає за схемою:
Me + HNO 3 (Конц.)→ сіль + вода + NO 2
З концентрованою азотною кислотою не взаємодіють шляхетні метали (Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ), а ряд металів (Al , Ti , Cr , Fe , Co , Ni ) при низькій температурі пасивуються концентрованою азотною кислотою. Реакція можлива у разі підвищення температури, вона протікає за схемою, представленої вище.
Приклади
Активний метал
Al + 6 HNO 3(конц.) → Al (NO 3 ) 3 + 3 H 2 O + 3 NO 2
1│ Al 0 – 3 e → Al 3+ - окислення
3│ N 5+ + e → N 4+ - відновлення
Метал середньої активності
Fe + 6 HNO 3 (конц.) → Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O + 3NO
1│ Fe 0 – 3e → Fe 3+ - окислення
3│ N 5+ + e → N 4+ - відновлення
Метал малоактивний
Ag + 2HNO 3 (конц.) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2
1│ Ag 0 – e → Ag + - окислення
1│ N 5+ + e → N 4+ - відновлення
Розведена азотна кислота
Продукт відновлення азотної кислоти в розведеному розчині залежить від активності металу , що бере участь у реакції:
Приклади:
Активний метал
8 Al + 30 HNO 3(розб.) → 8Al(NO 3) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3
8│ Al 0 – 3e → Al 3+ - окислення
3│ N 5+ + 8 e → N 3- - відновлення
Аміак, що виділяється в процесі відновлення азотної кислоти, відразу взаємодіє з надлишком азотної кислоти, утворюючи сіль - нітрат амонію. NH 4 NO 3 :
NH3 + HNO3 → NH4NO3.
Метал середньої активності
10Cr + 36HNO 3(розб.) → 10Cr(NO 3) 3 + 18H 2 O + 3N 2
10│ Cr 0 – 3 e → Cr 3+ - окислення
3│ 2 N 5+ + 10 e → N 2 0 - відновлення
Крім молекулярного азоту ( N 2 ) при взаємодії металів середньої активності з розведеною азотною кислотою утворюється в рівній кількості оксид азоту ( I ) – N 2 O . У рівнянні реакції слід писати одна з цих речовин .
Метал малоактивний
3Ag + 4HNO 3(розб.) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO
3│ Ag 0 – e → Ag + - окислення
1│ N 5+ + 3 e → N 2+ - відновлення
«Царська горілка»
«Царська горілка» (раніше кислоти називали горілками) є сумішшю одного об'єму азотної кислоти і трьох-чотирьох обсягів концентрованої соляної кислоти, що володіє дуже високою окислювальною активністю. Така суміш здатна розчиняти деякі малоактивні метали, які не взаємодіють з азотною кислотою. Серед них і «цар металів» – золото. Така дія «царської горілки» пояснюється тим, що азотна кислота окислює соляну з виділенням вільного хлору та утворенням хлороксиду азоту ( III ), або хлориду нітрозилу – NOCl:
HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl
2 NOCl → 2 NO + Cl 2
Хлор у момент виділення складається із атомів. Атомарний хлор є найсильнішим окислювачем, що дозволяє «царській горілці» впливати навіть на найінертніші «шляхетні метали».
Реакції окислення золота та платини протікають відповідно до таких рівнянь:
Au + HNO 3 + 4 HCl → H + NO + 2H 2 O
3Pt + 4HNO 3 + 18HCl → 3H 2 + 4NO + 8H 2 O
На Ru, Os, Rh та Ir "царська горілка" не діє.
Є.А. Нуднова, М.В. Андрюxова
З розведеними кислотами, які виявляють окисні властивості за рахунокіонів водню(Розбавлені сірчана, фосфорна, сірчиста, всі безкисневі та органічні кислоти та ін.)
реагують метали:
розташовані у ряді напруг до водню(ці метали здатні витісняти водень із кислоти);
утворюють із цими кислотами розчинні солі(на поверхні цих металів не утворюється захисна сольова
плівка).
В результаті реакції утворюються розчинні соліі виділяється водень:
2А1 + 6НСI = 2А1С1 3 + ДТ 2
М g + Н 2 SO 4 = М gS Про 4 + Н 2
розб.
З u + Н 2 SO 4 →
X
(оскільки З u стоїть після Н 2)
розб.
РЬ + Н 2 SO 4 →
X
(оскільки РЬ SO 4 нерозчинний у воді)
розб.
Деякі кислоти є окислювачами за рахунок елемента, що утворює кислотний залишок, До них відносяться сірчана концентрована, а також азотна кислота будь-якої концентрації. Такі кислоти називають кислотами-окислювачами.
Окисні властивості кислотних залишків і значно сильніші, ніж нона водню Н, тому азотна і концентрована сірчана кислоти взаємодіють практично з усіма металами, розташованими в ряду напруг як до водню, так і після нього, крім золотаі платини.Так як окислювачами в цих випадках є нони кислотних залишків (за рахунок атомів сірки та азоту у вищих ступенях окислення), а не нони водню Н, то при взаємодії азотної, а концентрованої сірчаної кислотз металами не виділяється водень.Метал під дією цих кислот окислюється до характерного (стійкого) ступеня окисленняі утворює сіль, а продукт відновлення кислоти залежить від активності металу та ступеня розведення кислоти
Взаємодія сірчаної кислоти з металами
Розведена та концентрована сірчані кислоти поводяться по-різному. Розведена сірчана кислота поводиться як звичайна кислота. Активні метали, що стоять у ряді напруг лівіше водню
Li, До, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au
витісняють водень із розведеної сірчаної кислоти. Ми бачимо бульбашки водню при додаванні розведеної сірчаної кислоти до пробірки з цинком.
H 2 SO 4 + Zn = Zn SO 4 + H 2
Мідь стоїть у низці напруг після водню – тому розбавлена сірчана кислота діє на мідь. А в концентрованій сірчаній кислоті, цинку та міді, поводяться таким чином…
Цинк як активний метал, можеутворювати з концентрованоюсірчаною кислотою сірчистий газ, елементарну сірку, і навіть сірководень.
2H 2 SO 4 + Zn = SO 2 +ZnSO 4 + 2H 2 O
Мідь – менш активний метал. При взаємодії із концентровано сірчаною кислотою відновлює її до сірчистого газу.
2H 2 SO 4 конц. + Cu = SO 2 + CuSO 4 + 2H 2 O
У пробірках з концентрованоюсірчаною кислотою виділяється сірчистий газ.
Слід пам'ятати, що у схемах зазначені продукти, вміст яких максимально серед можливих продуктів відновлення кислот.
На підставі наведених схем складемо рівняння конкретних реакцій - взаємодії міді та магнію з концентрованою сірчаною кислотою:
0 +6
+2 +4
З u + 2Н 2 SO 4 = З 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.
Деякі метали ( Fe. АI, Сr) не взаємодіють з концентрованою сірчаною та азотною кислотами при звичайній температурі, оскільки відбувається пасиваціїметалу. Це пов'язане з утворенням на поверхні металу тонкої, але дуже щільної оксидної плівки, яка захищає метал. З цієї причини азотну та концентровану сірчану кислоти транспортують у залізних ємностях.
Якщо метал виявляє змінні ступені окислення, то з кислотами, що є окислювачами за рахунок іонів Н + , він утворює солі, в яких його ступінь окислення нижче стійкої, а з кислотами-окислювачами - солі, в яких його ступінь окислення більш стійка:
0 +2
F е+Н 2 SO 4 = F е SO 4 +Н 2
0 розб. + 3
F е+Н 2 SO 4 = F е 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2 + 6Н 2 O
кінець
І.І.Новошинський
Н.С.Новошинська
