Взаимодействие металлов с растворами солей.

Взаимодействие азотной кислоты с неметаллами

При взаимодействии с неметаллами концентрированная азотная кислота восстанавливается до диоксида азота, а разбавленная – до монооксида азота.

Например:

Fe(NO₃)₂ + HNO₃(конц.) = Fe(NO₃)₃ + NO₂ + H₂O

P + HNO₃(разб.) + H₂O = H₃PO₄ + NO

S + HNO₃(разб.) = SO₂ + NO + H₂O

Na₂S + HNO₃(разб.) = S¯ + NO + NaNO₃ + H₂O

Причины разрушения металлов (окисления, химической коррозии) в растворах солей могут быть различными в зависимости от состава конкретной системы, с которой контактирует металл. Чаще всеговстречаются следующие случаи.

1.Металл + раствор соли менее активного металлас большим по величине СЭПОТ: Zn +2AgNO₃ = Zn(NO₃ )₂+2 Ag

E^o(Zn²⁺/Zn^o) = -0,76B (более акт.металл); E^o(Ag⁺/Ag^o) = +0,8B

DЕ^о = 0,8 – (-0,76) = 1,56В.

Более активный металл – цинк вытесняет менее активный металл – серебро из раствора соли. При этом более активный цинк окисляется катионами менее активного металла Ag⁺.

Вывод: любой металл в ряду стандартных электродных потенциалов обладает способностью вытеснять все нижестоящие за ним металлы из растворов их солей.

Однако это не означает, что вытеснение обязатель­но происходит во всех случаях. Например, алюминий вытесняет медь из раствора хлорида меди (II) СuСl₂, но практически не вытесняет ее из раствора сульфата меди (II) CuS0₄. Это объясняется тем, что хлорид-ион Сl^- быстро разрушает защитную поверхностную пленку на алюминии, а сульфат-ион SO₄^2-практически не разрушает ее.

2.Металл + раствор соли более активного металла с меньшим по величине СЭПОТ.

Рассмотрим примеры:

а) Fe + Mg(NO₃)₂ + H₂O = E^o(Fe²⁺/Fe^o) = - 0,44B E^o(Mg²⁺/Mg^o) = -2,37B DЕ^о = -2,37 – (-0,44) < 0 – реакция т/д невозможна.

Однако, нитрат магния подвергается гидролизу (в состав соли входит катион слабого основания и сильной кислоты), и реакции среды будет кислая. Запишем уравнение гидролиза той ступени, которая практически идет:

Mg(NO₃)₂ + H₂O = MgOHNO₃ + HNO₃ /х4 среда кислая рН < 7

Образующаяся кислота взаимодействует с железом:

Fe + 4НNO₃ (разб.) = Fe(NO₃)₃ + 2Н₂О + NО

Складываем эти два уравнения, умножая первое на 4, с учетом 4-х молей кислоты. т.к. вся образующаяся кислота расходуется на окисление железа:

Fe + 4Mg(NO₃)₂ + 2H₂O = Fe(NO₃)₃ + NО + 4MgOHNO₃

В данном растворе железо окисляется разбавленной азотной кислотой, образующейся при гидролизе нитрата магния.

б) Al + K₂S + H₂O =

-1,66B -2,9B DЕ^о = -2,9 – (-1,66) < 0 – реакция т/д невозможна. Вторая возможность протекания реакция – за счет гидролиза. Рассмотрим по стадиям эту реакцию, начиная с гидролиза соли и учитывая оксидную пленку на металле:

1) K₂S + H₂O = КОН + КНS / x 2 рН > 7, среда щелочная. Далее протекает взаимодействие алюминия с раствором щелочи. Поскольку оксид алюминия, покрывающий поверхность металла, обладает амфотерными свойствами, он легко растворяется в щелочной среде и металл будет окисляться водой, как показано ниже.

Al₂O₃ + 2KOH + 3H₂O = 2K[Cr(OH)₄]

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3H₂

Al(OH)₃¯ + KOH = K[Al(OH)₄] /x2

Складывая два последних уравнения реакций, получаем:

2) 2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH)₄] +3H₂

Для написания окончательного уравнения реакции (б), протекающей в данной системе, необходимо суммировать уравнения 2 и 3:

2Al + 2K₂S + 8H₂O = 2K[Al(OH)₄] + 2KHS + 3H₂

Вывод: При взаимодействии менее активного металла причиной его окисления является взаимодействие с продуктами гидролиза соли – кислотой или щелочью.

Примечание. Возможны другие виды взаимодействия металлов с раствором соли. Все зависит от конкретной системы, например:

Fe + 2FeCl₃ + (H₂O) = 3FeCl₃

Если активности металла близки, то возможно одновременное вытеснение металла из состава соли и взаимодействие окисляющегося металла с продуктами гидролиза соли.