Взаимодействие металлов с расплавами щелочей

Металлы высокой химической стойкости взаимодействуют при сплавлении со щелочами в присутствии окислителей, т.е. в условиях, способствующих образованию и отвечающих их высшей степени окисления анионных оксокомплексов.

Примеры составления условий задач и их решения

Задача 1015. Показать, какие продукты образуются при взаимодействии алюминия с водным раствором едкого натрия:

Al + NaOH + H₂O →.

При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты – соли, содержащие алюминий в составе аниона:

Al₂O₃+2NaOH+3H₂O=2Na[Al(OH)₄]

(тетрагидроксоалюминат натрия).

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород:

2Al+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂↑.

Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

Al(OH)₃+NaOH=Na[Al(OH)₄].

Удвоив последнее уравнение и сложив его с предыдущим, получим суммарное уравнение растворения алюминия в водном растворе щелочи:

2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂↑.

Задача 1027. Показать, какие продукты образуются при сплавлении металла с окислительно-щелочными смесями:

Mo+KOH+O₂ →

Раствор щелочи практически на молибден не действует. Молибден может быть переведен в раствор методом окислительного щелочного сплавления с образованием соответствующего молибдата – молибдата калия.

Mo⁰+KOH+O₂ → K₂Mo⁺⁶O₄ +2H₂O

2 4 Mo+8OH^- - 6e = MoO₄^2-+4H₂O

3 6 O₂+2H₂O+4e = 4OH^-

2Mo+16OH^-+3O₂+6H₂O → 2MoO₄^2-+8H₂O +12OH^-

2Mo+4KOH +3O₂ = 2 K₂MoO₄+2H₂O.

В задачах (1008-1033) показать, какие продукты образуются при взаимодействии металлов с водными растворами щелочей: при сплавлении с окислительно-щелочными смесями.

Be + NaOH + H2O → Al + NaOH + H2O → Na3[Al(OH6)] +…. Ga + NaOH + H2O → Sn + KOH + H2O → K2[Sn(OH)4] +…. Sn + NaOH + H2O → Na2[Sn(OH)6] +…. Pb + KOH + H2O →K2[Pb(OH)4] +…. Pb + NaOH + H2O → Na2[Pb(OH)6] +…. Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH4)] +… Zn + NaOH + H2O → Si + KOH + H2O → K2SiO3 +…. Ge + KOH + H2O → K2[Ge(OH)6] + … V + KOH + H2O → KVO3 + H2O Nb + KOH + H2O → Ta + KOH + H2O → V + KOH + O2 → K3[VO4] + H2O Nb + KOH + O2 → Ta + KOH + O2 → W + KOH + O2 → Cr + KOH + O2 → Mo + KOH + O2 → Mo + NaOH + NaNO3 → Na2MoO4 + NaNO2 + H2O Ru + KOH + KClO3 → K2RuO4 +…..+…. Os + KOH + KNO3 → Ru + NaOH + KClO → Na2RuO4 + KCl + H2O Os + NaOH + KClO → Te + KOH(t0, кипячение) → K2TeO3 + K2Te + H2O

8.3. Окисление металлов ионами Н⁺ в водных растворах

Металлы, имеющие отрицательное значение стандартного окислительно-восстановительного электродного потенциала, вытесняют водород из кислот (HCl, разбавленной H₂SO₄, CH₃COOH и др.) (см. табл. 4)

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H_2.

Разности потенциалов для реакции между магнием и соляной кислотой при условиях близких к стандартным:

E = - = 0.00 – (-2.34) = 2.34 B.

Металлы, которые могут иметь различную степень окисления, при взаимодействии с обычными кислотами образуют соли низшей степени окисления:

Fe⁰ + H₂SO₄ = Fe⁺²SO₄ + H₂⁰.

Образование солей металлов с низшей степенью окисления объясняется сравнительно слабыми окислительными свойствами катионов водорода и более отрицательным значением электродных потенциалов : ( = - 0.44 В) по сравнению с электродным потенциалом ( = - 0.04 В).

Некоторые металлы, имеющие отрицательное значение электродного потенциала, не растворяются в кислотах вследствие образования на их поверхности осадка нерастворимой соли (хлорида, сульфата, карбоната, фосфата). Например, свинец практически не растворяется в соляной и разбавленной серной кислоте, т.к. поверхность металла покрывается осадками хлорида и сульфата свинца.

Металлы, имеющие положительные значения, не могут вытеснять водо­род из кислот и поэтому с ними не взаимодействуют.