31. Химические свойства металлов. Отношение металлов к кислотам.

Соляная кислота– это техническое название хлороводородной кислоты. Процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H⁺ выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода.

Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl → соль+ H2↑

При этом соль представляет собой хлорид металла (NiCl2, CaCl2, AlCl3), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.

Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления.

Соляная кислота пассивирует свинец(Pb). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца(II), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:

Pb + 2 HCl → PbCl2↓+ H2↑

Разбавленная серная кислота

В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют. Образующиеся ионы Н⁺ выполняют функцию окислителя.

Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности(расположенными в ряду активности до водорода). Химическая реакция протекает по схеме:

Ме+ H2SO4(разб.) → соль+ H2↑

Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления.

Свинец(Pb) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже80%), так как образующаяся сольPbSO4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

Концентрированная серная кислота

В концентрированном растворе серной кислоты (выше68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления(S⁺⁶).

В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы. Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:

Me + H₂SO₄(конц.) соль+ продукт восстановления H₂SO₄+ вода

Продуктами восстановления серной кислоты могутбыть следующие соединения серы:

H₂SO₄(S⁺⁶), SO₂(S⁺⁴), S⁰, H₂S(S^-2)

Активный металл: H₂S, соль, вода

Средней активности: S, соль, вода

Малоактивный: SO_2, соль, вода.

Al и F взаимодействуют только с нагретой серной кислотой.

Ag, Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt не реагируют с серной кислотой.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние

окисляются до более высоких степеней окисления.

Свинец(Pb) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb(HSO₄)₂.

Азотная кислота.

Водород никогда не выделяется при взаимодействии металлов с азотной кислотой(независимо от концентрации). Процесс протекает по схеме:

Me+HNO₃ → соль, вода, продукт восстановления HNO₃

Продукты восстановления HNO_3:

HNO₃(N⁺⁵), NO₂(N⁺⁴), NO(N⁺²), N₂O(N⁺¹), N₂(N⁰), NH₄NO₃(N^-3)

Реакция взаимодействия с HNO₃ (конц.) протекает по схеме:

Me + HNO₃(конц.) → соль+ вода+ NO₂

С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют благородные металлы(Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt), а ряд металлов(Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni) при низкой температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной выше.

Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности металла, участвующего в реакции:

Активный: NH₄NO₃, соль, вода

Средней активности: N₂O или N_2, соль, вода

Малоактивный: NO, соль, вода

«Царская водка» (ранее кислоты называли водками) представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты,

обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и«царь металлов» - золото.

Реакции окисления золота и платины протекают согласно следующим уравнениям:

Au + HNO₃+ 4 HCl →H[AuCl₄] + NO + 2H₂O

3Pt + 4HNO₃+ 18HCl →3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O

На Ru, Os, Rh и Ir «царская водка» не действует.