Химический практикум (стр. 17 )

Действие кислот на металлы

Характер продуктов взаимодействия металлов с кислотами зависит от активности металла, природы и концентрации кислоты. При действии кислоты на металлы роль окислителя играет либо ион водорода, либо неметалл, входящий в состав кислотного остатка кислородосодержащей кислоты. Ионы водорода могут окислять только металлы, находящиеся в ряду напряжений до него.

В таблице 1 приведены продукты восстановления наиболее применяемых кислот при взаимодействии с металлами различной активности.

Таблица 1

Кислота	Концентрация кислоты	Элемент - окислитель кислоты	Продукты восстановления кислот в зависимости от концентрации кислоты и положения металлов в ряду напряжений
Металлы активные /от Na до Zn/	Металлы средней активности /от Zn до Н/	Металлы неактивные /от Н до …/
Соляная HCI	Любая	Н+	Н2	Н2	Нет взаимодействия
Серная H2SO4	Разбавленная	Н+	Н2	Н2	Нет взаимодействия
Концентрированная	S6+	H2S	S, SO2	SO2 (исключение Au, Pt)
Азотная НNO3	Сильно разбавленная	N5+	NH3 (NH4NO3)	N2O, N2	NO, (исключение Au, Pt)
Разбавленная	N5+	N2O	(N2O), NO	NO, (исключение Au, Pt)
Концентрированная	N5+	NO2	NO2	NO2, (исключение Au, Pt)

Рассмотрим взаимодействие магния с очень разбавленной азотной кислотой.

Реакция протекает по уравнению:

4Mg + 10HNO3 = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

4 Mg0-2e =Mg2+ – окисление

1 N5+ +8e=N3- – восстановление

Примечание: азот из HNO3 восстанавливается до аммиака NH3, который не выделяется, а взаимодействует с HNO3, образуя нитрат аммония NH4 NO3 по реакции

NH3+ HNO3 = NH4NO3.

Рассмотрите вопросы:

1.  От чего зависит характер продуктов взаимодействия металлов с кислотами?

2.  В чем состоит особенность взаимодействия азотной кислоты с металлами?

3.  Один из металлов группы II В не устойчив по отношению к щелочи, а при взаимодействии с концентрированной серной кислотой выделяется газ с запахом тухлых яиц. Какой это металл? Приведите уравнения реакций со щелочью и кислотой.

4.  Металлическая стружка содержит свинец, медь и железо. Нужно отделить медную стружку, имея в своем распоряжении раствор щелочи и разбавленную серную кислоту. Чем сначала нужно обработать стружку? Приведите уравнения соответствующих реакций.

5.  Какие металлы не устойчивы к действию щелочи?

6.  Какова роль щелочи и воды в реакции взаимодействия амфотерного металла со щелочью? Подтвердите конкретным примером.

3. Экспериментальная часть

3.1. Действие соляной кислоты на металлы.

Испытать действие соляной кислоты на металлы: железо, цинк, алюминий, медь. Для этого поместить в четыре пробирки порознь по кусочку металла и прилить в каждую по 2–3 мл кислоты.

Что происходит? Какие металлы растворяются в соляной кислоте и какие – нет? Почему?

Написать уравнения всех реакций и для одной из них привести электронные уравнения.

3.2. Действие разбавленной серной кислоты на металлы.

Повторить предыдущий опыт, заменив соляную кислоту разбавленной серной. Что наблюдается?

Пробирку с медью нагреть. Происходит ли реакция при нагревании?

Написать уравнения для всех реакций для одной из них привести электронные уравнения.

Сравнить взаимодействие соляной и разбавленной серной кислот с металлами и сделайте обобщающее заключение.

ВНИМАНИЕ! Опыты 3.3., 3.4., 3.5., 3.6. выполнять только в вытяжном шкафу и содержимое пробирок не выливать в раковину.

3.3. Действие концентрированной серной кислоты на медь.

В пробирку опустить кусочек меди и прилить 2–3 мл концентрированной серной кислоты.

Убедившись, что на холоде реакция не протекает, нагреть пробирку. Определите по запаху, какой газ выделяется (ОСТОРОЖНО).

Составить молекулярное и электронные уравнения происходящей реакции.

Сделать обобщающий вывод о действии концентрированной H2SO4 на металлы.

3.4. Действие разбавленной азотной кислоты на медь.

Кусочек меди поместить в пробирку прилить 2–3 мл концентрированной азотной кислоты и нагреть (не сильно). Какой газ выделяется?

Составить молекулярное и электронные уравнения происходящей реакции.

3.5. Действие концентрированной азотной кислоты на медь.

Кусочек меди поместить в пробирку и прилить 1–2 мл концентрированной азотной кислоты. Что происходит?

Составить молекулярное и электронные уравнения происходящей реакции.

Сделать обобщающий вывод о действии азотной кислоты любой концентрации на металлы.

3.6. Действие щелочи на металлы.

Поместить в четыре пробирки отдельно по кусочку следующих металлов: железа, цинка, алюминия и меди и прилить по 2–3 мл 30%-ного раствора щелочи NaOH. Слегка нагреть.

С какими из исследуемых металлов взаимодействует щелочь? Приведите уравнения соответствующих реакций. Какова роль щелочи в данных реакциях?

Сделать обобщающий вывод о взаимодействии металлов с растворами щелочей.

4.  Задачи для самопроверки

1.  На смесь порошков Mg, BeO, Cu, Ag подействовали концентрированным раствором КОН. Остаток отфильтровали и обработали разбавленной H2SO4. Оставшиеся металлы растворили в концентрированной HNO3. Напишите уравнения всех протекающих реакций.

2.  Смесь порошков MnO, PbO, Cu, Zn, Fe обработали раствором щелочи. К нерастворившемуся остатку прилили соляной кислоты, затем отфильтровали смесь и на остаток подействовали концентрированной H2SO4. Составьте уравнения всех возможных реакций. Для окислительно-восстановительных процессов составьте электронные уравнения.

3.  Необходимо выделить железо из смеси металлов Fe, Sn, Be, Cu в виде сульфата, имея в своём распоряжении едкий натр NaOH и разбавленную серную кислоту. Чем сначала нужно обработать смесь? Составьте уравнения всех возможных реакций. Рассчитайте общий объем газа, выделяющегося при этом(н. у.), если были взяты мольные количества металлов?

Ответ: 67,2 л.

4.  В четыре пробирки с раствором едкого натра NaOH добавили по кусочку олова, железа, меди и бериллия соответственно. Какие металлы взаимодействуют с раствором щелочи? Какой суммарный объем газа (н. у.) можно получить при растворении 1 моля этих металлов?

Ответ: 44,8 л.

5.  Сплав, содержащий Mg, Cu, Ni, Zn обработали избытком щелочи. Остаток отделили и растворили в разбавленной серной кислоте. Составьте уравнения всех возможных реакций. Какой газ и сколько по объему (суммарно) выделится при растворении остатка в кислоте, если были взяты мольные количества металлов (н. у.)?

Ответ: 44,8 л.

6.  Смесь порошков Мg, Ag, Pt обработали концентрированной азотной кислотой. Остаток отфильтровали и растворили в царской водке. Составьте соответствующие уравнения реакций. Для окислительно-восстановительных процессов cоставьте электронные уравнения.

7.  Необходимо выделить Ni из смеси металлов Ni, Al, Zn, Ag в виде сульфата, имея в своём распоряжении едкий натр NaOH и разбавленную серную кислоту. Чем сначала нужно обработать смесь? Составьте уравнения всех возможных реакций. Рассчитайте общий объем газа, выделяющегося при этом (н. у.), если были взяты мольные количества металлов?

Ответ: 112 л.

8.  На смесь порошков Mn, Be, SnO, Cu подействовали концентрированным раствором КОН. Остаток отфильтровали и растворили в концентрированной серной кислоте. Составьте электронные и молекулярные уравнения всех протекающих реакций.

9.  Металлический порошок, состоящий из Cu, Ni, Ag, Au растворили в разбавленной азотной кислоте. Остаток отфильтровали и растворили в царской водке. Выразите происходящие реакции соответствующими уравнениями. Подберите коэффициенты в уравнениях методом электронного баланса.

10.  Сплав, содержащий Sn, Cu, Mg обработали концентрированным раствором щелочи (КОН). Остаток отфильтровали и разделили на 2 части. Одну часть обработали разбавленной H2SO4, а другую – разбавленной HNO3. Выразите все происходящие процессы соответствующими уравнениями. Подберите коэффициенты в уравнениях методом электронного баланса.

11.  Смесь порошков Zn, Al, Cu обработали раствором едкого натра NaOH. Остаток отфильтровали и растворили в концентрированной серной кислоте. Составьте уравнения всех происходящих реакций. Подберите коэффициенты в уравнениях методом электронного баланса.

12.  Смесь порошков CuO, PbO, Fe обработали в щелочи, остаток отфильтровали и растворили в разбавленной азотной кислоте. Выразите все происходящие процессы соответствующими уравнениями (в молекулярной, электронной и ионной формах).

13.  Смесь порошков Al2O3, CuO, Zn, Ag обработали раствором едкого калия (КОН), остаток отфильтровали и обработали концентрированной азотной кислотой. Составьте уравнения происходящих реакций. Для окислительно-восстановительных процессов напишите электронные уравнения.

14.  Одинаковое ли количество серной кислоты потребуется для растворения 40 г никеля, если в одном случае взять концентрированную кислоту, а в другом – разбавленную? Сколько граммов серной кислоты пойдет на окисление никеля в первом случае и сколько во втором? Какой ион будет окислять никель в первом и во втором случае?

Ответ: неодинаковое, по 66,44 г.

15.  Требуется растворить кусок серебра в азотной кислоте. Какую кислоту выгоднее взять, концентрированную или разбавленную? В каком случае расход HNO3 будет меньше? Сделайте расчет для одного моля серебра.

Ответ: 126 г; 83,79 г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13

Химические свойства элементов, используемых в производстве радиоматериалов

1.  Цель работы: изучить характерные свойства элементов группы I B и IV A и ознакомиться с качественными реакциями на эти элементы.