Растворами кислот и щелочей

В концентрированной серной и разбавленной азотной кислотах продукты восстановления аниона зависят от активности металла.

По активности металлы можно условно разделить на три группы:

Li Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni Sn Pb H Bi Cu Ag Hg Au

¾¾¾¾¾¾¾¾® ¾¾¾¾¾¾¾® ¾¾¾¾¾®

активные средней активности малоактивные

Взаимодействие металлов с H₂SO_{4 конц.}

При взаимодействии металлов с концентрированной серной кислотой сульфат-ион может восстанавливаться до H₂S, S, SO₂. Условная схема взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой может быть представлена следующим образом:

М активные H₂S

М средн. активности

М + H₂SO_4конц. ® сульфат М + H₂O + S

М малоактивные

SO₂

Пример. Mn + H₂SO_{4 конц.}®

Марганец – активный металл, поэтому при взаимодействии образуется H₂S:

4 Мn - 2 = Мn²⁺

SO₄^2- + 8 + 10H⁺ = H₂S + 4H₂O

4Mn + SO₄^2- + 10H⁺ = 4Mn²⁺ + H₂S + 4H₂O

4SO₄^2- 4SO₄^2-

4Mn + 5H₂SO_4конц. = 4MnSO₄ + H₂S + 4H₂O.

Серная кислота в данной реакции - не только окисли-тель, но и среда, в которой проходит ОВР.

Взаимодействие металлов с HNO₃

При взаимодействии металлов с разбавленной азотной кислотой нитрат-ион также может восстанавливаться до разных продуктов - NH₄⁺, N₂, N₂O, NO.

Условная схема взаимодействия металлов с разбавленной азотной кислотой:

М активные NH₄NO₃

М ср. акт.

М + HNO_{3 разб.} ® нитрат М + H₂O + N₂, N₂O

М малоакт.

NO

Пример. Cu + HNO_{3 разб.} ®

Медь – малоактивный металл, , поэтому при взаимодействии с разбавленной азотной кислотой образуется NO:

3 Cu - 2 = Cu²⁺

2 NO₃^- + 3 + 4H⁺ = NO + 2H₂O

3Cu + 2NO₃^- + 8H⁺ = 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

6NO₃^- 6NO₃^-

3Cu + 8HNO_3разб. = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

В реальных условиях при реакциях с концентрированной серной и разбавленной азотной кислотами, как правило, образуется смесь продуктов восстановления анионов, в которой количественно преобладает тот или иной компонент. Состав смеси во многом определяется концентрацией раствора кислоты. Так, например, действие на металлы сильно разбавленной азотной кислоты приводит к появлению в продуктах реакции нитрата аммония.

При взаимодействии металлов с концентрированной азотной кислотой, независимо от активности металла, образуется NO₂:

М + HNO_3конц. ® нитрат М + NO₂ + H₂O.

Пример. Zn + HNO_{3 конц.} ®

Zn - 2 = Zn²⁺

2 NO₃^- + + 2H⁺ = NO₂ + H₂O

Zn + 2NO₃^- + 4H⁺ = Zn²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

2NO₃^- 2NO₃^-

Zn + 4HNO_{3 конц.} = Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

Концентрированные кислоты, в частности, серная и азотная, на некоторые металлы оказывают пассивирующее действие. В результате многие металлы не растворяются в таких кислотах. К примеру, с концентрированной серной кислотой при комнатной температуре не реагирует железо. Вследствие перехода металла в пассивное состояние при реакциях с рассматриваемой группой кислот могут образоваться продукты, не соответствующие приведенным схемам. Например, при нагревании железо реагирует с концентрированной серной кислотой, но образуется продукт восстановления SO₂, более характерный для реакций с участием малоактивных металлов.