Добрый день.
Тема нашего урока: Кислородсодержащие
кислоты. Окислительные
свойства азотной и серной кислот.
Изучите материал урока
Кислоты
Окислительные свойства азотной и серной кислот.
Из кислот наибольшее значение имеют серная и азотная кислоты. Их
окислительные свойства рассмотрим более подробно.
Серная кислота.
Окислительные свойства серной кислоты зависят от ее концентрации и типа
металла, с которым она взаимодействует. Разбавленная серная кислота
окисляет металлы, стоящие в ряду активности до водорода, за счет ионов Н+.
Zn + H2SO4(p) = ZnSO4 +
H2
У концентрированной серной кислоты
окислителем является элемент образующий кислотный остаток - SO42- ,
за счет атома серы в максимальной степени окисления. Окислительные свойства SO42- значительно
выше, чем иона водорода Н+, поэтому концентрированная серная кислота
взаимодействует практически со всеми металлами, расположенными в ряду
напряжений как до водорода, так и после водорода, кроме золото и платины, также
с многими неметаллами. Так как окислителем в концентрированной серной кислоте
является ион кислотного остатка, за счет атома серы в степени окисления +6, а
не ион водорода то при взаимодействии с концентрированной серной кислоты с
металлами водород не выделяется. Металл под действием концентрированной
серной кислоты окисляется до характерной степени окисления и
образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и
степени разбавления кислоты.
Взаимодействие металлов
с концентрированной серной кислотой.
В зависимости от активности металла, и от условий протекания реакций могут
выделяться SO2, S, H2S:
При обычных условиях:
Взаимодействие
активных металлов с конц. серной кислотой (Li – Zn)
8Na + 5H2SO4(k) =
4Na2SO4 + H2S + 4H2O (соль, H2S, H2O).
Взаимодействие
металлов средней активности с конц. серной кислотой (Cd – Pb).
3Ni + 4H2SO4(k) =
3NiSO4 + S + 4H2O (соль, S, H2O)
Взаимодействие
пассивных металлов с конц. серной кислотой (Me, стоящие в ряду напряжений
металлов после H2, Fe)
Cu + H2SO4(k) =
CuSO4 + SO2 + H2O (соль, SO2, H2O).
На схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных
продуктов восстановления кислот. Так при взаимодействии серной кислоты с цинком
или с магнием в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут
образоваться различные продукты восстановления серной кислоты – SO2,
S, H2S.
Zn + 2H2SO4 (70%)
= ZnSO4 + SO2 + H2O
3Zn + 4H2SO4 (40%)
= 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Zn + 5H2SO4 (25%) = 4ZnSO4 +
H2S + 4H2O
Взаимодействие с
неметаллами.
Окислительно-восстановительные
процессы происходят и в случае нагревания некоторых неметаллов с
концентрированной серной кислотой:
C + 2H2SO4(k) = CO2 + 2SO2 +
2H2O
S + H2SO4(k) = 3SO2 +
2H2O
Азотная кислота.
Самое интересное
свойство: взаимодействие с металлами.
Водород
при взаимодействии с металлами никогда не выделяется
Схема
реакции азотной кислоты (и разбавленной, и концентрированной) с металлами:
HNO3 + Ме → нитрат + H2O + продукт восстановленного азота
Два нюанса:
1. Алюминий, железо и хром с концентрированной азотной кислотой в нормальных условиях не
реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.
2.
С платиной и золотом концентрированная азотная кислота не
реагирует вообще.
Чтобы понять до
чего вообще может восстанавливаться азот, посмотрим на диаграмму его степеней
окисления:
Азот +5 –
окислитель, будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.
Все
возможные продукты восстановления азотной на диаграмме обведены красным.
Определить какой
именно продукт будет образовываться можно чисто логически:
до таких низких
степеней окисления как -3 или +1, с образованием продуктовNH4NO3 или N2O соответственно, азот восстанавливают только достаточно сильные,
активные металлы: щелочные — 1-я группа главная подгруппа, щелочноземельные, а
так же Al и Zn. Как ранее уже было сказано, разбавленная кислота восстанавливается
глубже, поэтому при взаимодействии активных металлов с конц. азотной кислотой
образуется N2O, а при взаимодействии с разб. азотной кислотой NH4NO3.
4Ba + 10HNO3(конц.) → 4Ba(NO3)2 +
5H2O + N2O↑
4Ba + 10HNO3(разб.) → 4Ba(NO3)2 +
3H2O + NH4NO3
8Li + 10HNO3(конц.) → 8LiNO3 +
5H2O + N2O↑
8Li + 10HNO3(разб.) → 8LiNO3 +
3H2O + NH4NO3
8Al + 30HNO3(конц.) (t)→
8Al(NO3)3 + 15H2O + 3N2O↑
8Al + 30HNO3(разб.) → 8Al(NO3)3 +
9H2O + 3NH4NO3
Остальные
металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов
соответственно: NO или NO2.
Разбавленная
кислота восстанавливается глубже
при
взаимодействии с ней металлов, не отличающихся особой активностью, будет образовываться NO. Ну а с конц. азотной NO2:
Cu + 4HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 +
2H2O + 2NO2↑
3Cu + 8HNO3(разб.) → 3Cu(NO3)2 +
4H2O + 2NO↑
Fe + 6HNO3(конц.) (t)→ Fe(NO3)3 +
3H2O + 3NO2↑
Fe + 4HNO3(разб.) → Fe(NO3)3 +
2H2O + NO↑
(обратите внимание, что железо
окисляется до высшей степени окисления)
Ag + 2HNO3(конц.) → AgNO3 +
H2O + NO2↑
3Ag + 4HNO3(разб.) → 3AgNO3 +
2H2O + NO↑
IV.Закрепление:
Задание 1. Закончите уравнения возможных реакций:
а) Li + H2SO4(k) =
б) Ag + H2SO4(p) =
в) AI + H2SO4(k) =
г) AI + H2SO4(p) =
д) Hg + H2SO4(k) =
е) Ni + H2SO4(k) =
ж) Сa + HNO3 (к) =
з) Сa + HNO3 (p)
=
Задание 2. Осуществите превращения, окислительно-восстановительные реакции
уравнивайте методом электронного баланса, определите окислитель и
восстановитель.
H2SO4→ SO2 → SO3 → H2SO4 → CuSO4 → H2SO4 → ZnSO4
NH4Cl→ NH3 → N2 → NO → NO2 → HNO3 → NO2
Задание 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия азотной
кислоты со следующими веществами в молекулярном и ионном виде:
a) Al2O3
б) Ba(OH)2
в) Na2S
