Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.

В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а более сильный окислитель – сульфат-ион, который в разбавленной серной кислоте не проявляет себя как окислитель из-за сильной гидратации, и, как следствие – малоподвижности.

Н2SO4 (конц.) окисляет все металлы в ряду стандартных электродных потенциалов до серебра включительно.

S6+ (SO42-) + ne ¦ S2-(H2S), So (S¯), S4+(SO2)

Этим процессам восстановления серной кислоты соответствуют следующие ионно-электронные равновесные полуреакции:

SO42- + 4H+ +2e ↔ SO2 + 2H2O Eo = +0,17B

SO42- + 10H+ +8e ↔ H2S + 4H2O Eo = +0,31B

SO42- + 8H+ +6e ↔ S + 4H2O Eo = +0,36B

Пользоваться данными значениями ОВПОТ некорректно, т.к. концентрация серной кислоты значительно превышает 1моль/л

 

Cхематично реакции окисления металлов в конц. Н2SO4 можно записать в виде:

Ме + Н2SO4 (конц.) = Мех(SO4)y + Н2О + (H2S, S, SO2)

H2S и S выделяются в случае активных металлов до цинка включительно (Еоме < Ео Zn).

SO2 выделяется при взаимодействии металлов, стоящие в таблице СЭП, ниже цинка (Еоме > Ео Zn).

Необходимо помнить, что при изменении условий реакция для одного и того же металла можно получить разные продукты, так что предложенная схема является до некоторой степени условной. Например, при длительном нагревании взаимодействие алюминия с конц. серной кислотой может идти до образования не только серы, но и сероводорода:

Al + Н2SO4 (конц.) = Al2(SO4)3 + Н2О + S¯

Al + Н2SO4 (конц.) = Al2(SO4)3 + Н2О + H2S­

Со щелочными металлами серная кислота конц. и разб. взаимодействует одинаково по реакции: Na + Н2SO4 (разб.,конц.) = Na2SO4 + Н2О + H2S­

Существуют особенности взаимодействия свинца с серной кислотой - образуется кислая растворимая соль – гидросульфат свинца:

Pb + 3H2SO4(конц.) = Pb(HSO4)2 + 2Н2О + SО2

К каждой реакции необходимо составить уравнения ионно-электронного баланса и расставить коэффициенты. Концентрированная серная кислота - сильный окислитель, и окисляет металлы, стоящие в таблице СЭПОТ до серебра включительно

Следует иметь в виду, что металлы, проявляющие разные степени окисления, в случае кислот, в которых окислителем является катион водорода, окисляются до низших степеней окисления, а в конц. Н2SO4 – до высших. Например, железо:

Fe + Н2SO4(разб.) = FeSO4 + H2

2Fe +6Н2SO4 (конц.) = Fe2(SO4)3 +6Н2О + 3SО2 (при нагревании)

Вторая реакция идет только при нагревании. В холодной конц. Н2SO4 железо, а также алюминий, хром, марганец - пассивируются. Реакцию пассивации можно написать следующим образом:

2Fe + 3Н2SO4 (конц.) = Fe2O3 + 3Н2О +3SО2 (на холоду)