В). Взаимодействие с кислотами

       С разбавленными кислотами, которые проявляют окисли­тельные свойства за счет ионов водорода (разбавленная серная, фосфорная, сернистая, все бескислородные и органические ки­слоты и др.), реагируют металлы:

· расположенные в ряду напряжений до водорода (эти ме­таллы способны вытеснять водород из кислоты);

· образующие с этими кислотами растворимые соли (на поверхности этих металлов не образуется защитная солевая пленка).

В результате реакции образуются растворимые соли и выде­ляется водород:

       2А1 + 6НС1 = 2А1С1₃ + 3Н₂                           Mg + H₂S0₄ = MgS0₄ + H₂

                                                                                                                         разб.

Сu + H₂S0₄          (так как Сu стоит после Н₂)

         разб.

Pb + H₂S0₄ (так как PbS0₄ нерастворим в воде)

       разб.

       С кислотами-окислителями — азотной и концентрированной серной, которые, как вам известно, проявляют окислительные свойства за счет атомов серы и азота в высших степенях окисле­ния, взаимодействуют практически все металлы, расположен­ные в ряду напряжений как до, так и после водорода, кроме зо­лота и платины. Так как окислителями в этих кислотах являются ионы кислотных остатков, а не ионы водорода, то прн их взаимодействии с металлами не выделяется водород. Металл под действием данных кислот окисляется до характерной (устойчивой) степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и от сте­пени разбавления кислоты.

Г). Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями                    -2

                                                 активный металл Li — Zn              Соль + H₂S + Н₂0

 +6                                                                                                                                            0

H₂S0₄ (конц.)             металл средней активности Cd — Pb             Соль + S + Н₂0

                                                                                                               +4

                                             неактивный металл (после Н₂)        Соль + S0₂ + Н₂0

                                                                 и Fe (при нагревании)

 

                                                                                               +4

HNO₃((конц.)            независимо от активности металла   Соль + N0₂ + Н₂0

                                                                                                               0

                                                активный металл Li — Zn              Соль + N₂ + Н₂0

                                                                                                                                                 +1

HN0₃ (разб.)             металл средней активности Fe — Pb           Соль + N₂O + Н₂0

                                                                                                               +4

                                                 неактивный металл (после Н₂)    Соль + N0 + Н₂0

                                                                 и Fe (при нагревании)

 

                                                                                               -3

HN0₃ (оч. разб.)                   активный металл            Соль+ NH₄N0₃ + H₂0

       

           

       На основании схемы составим уравнения реакций меди и магния с концентрированной серной кислотой:

           0        +6     +2     +4                           0             +6       +2               -2

       Сu+ 2H₂S0₄ = CuS0₄ + S0₂  + 2Н₂0  4Mg + 5H₂S0₄ = 4MgS0₄ + H₂S + 4H₂0

                     kонц.                                                                              kонц.

 

       Следует иметь в виду, что на схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов восстановления кислот. Так, при взаимодействии серной кислоты с цинком или магнием в зависимости от концентрации кислоты могут образоваться различные продукты восстановления серной кислоты:

       Zn + 2H₂S0₄ = ZnS0₄ + S0₂  + 2H₂0

                    70%-ная

       3Zn + 4H₂S0₄ = 3ZnS0₄ + S  + 4H₂0

                          40% -ная

       4Zn + 5H₂S0₄ = 4ZnS0₄ + H₂S  + 4H₂0

                    25% -ная

       Восстановление серной кислоты до сероводорода может протекать в растворе с массовой долей кислоты 25% и выше (если массовая доля серной кислоты ниже 25%, то она считается разбавленной). Однако по мере повышения концентрации кислоты возможность образования сероводорода уменьшается, так как при этом окислительные свойства серной кислоты усиливаются, а сероводород — активный восстановитель за счет атома серы в минимальной степени окисления (H₂S). Поэтому концентрированная серная кислота окислит его до серы или до сернистого газа:

                -2          +6        0

       3H₂S + H₂S0₄ = 4S + 4Н₂0    (менее концентрированная H₂S0₄)

              -2      +6    +4

       Н₂S + 3H₂S0₄ = 4S0₂  + 4H₂0   (более концентрированная H₂S0₄)

       Степень восстановления азотной кислоты при взаимодействии с одним и тем же металлом, например магнием или цинком, также определяется ее концентрацией.        Концентрированная кислота восстанавливается до оксида азота (IV), так как низшие оксиды, образованные в ходе реакции, окисляются кислотой. По мере ее разбавления возрастает возможность образо­вания продукта наиболее полного восстановления:

           

       Mg + 4HN0₃  = Mg(N0₃)₂ + 2N0₂ + 2H₂0

                     60% -ная

       3Mg + 8HN0₃ = 3Mg(NO_g)₂ + 2NO + 4H₂0

                       30% -ная

       4Mg + 10HN0₃ = 4Mg(N0₃)₂ + N₂0 + 5H₂0

                       20% -ная

       5Mg + 12HN0₃ = 5Mg(N0₃)₂ + N₂ + 6H₂0

                         10% -ная

       4Mg + 10HN0₃ = 4Mg(N0₃)₂ + NH₄N0₃ + 3H₂0

                          3% -ная

       Некоторые металлы (железо, алюминий, хром) не взаимодей­ствуют с концентрированной серной и азотной кислотами при обычной температуре, так как происходит пассивация ме­талла. Это явление связано с образованием на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной пленки, которая и защищает металл. По этой причине концентрированную азот­ную и серную кислоты транспортируют в железных емкостях.

       Если металл проявляет переменные степени окисления, то с кислотами, проявляющими окислительные свойства за счет ионов Н⁺, он образует соли, в которых его степень окисления ни­же устойчивой, а с кислотами-окислителями — соли, в которых он проявляет более устойчивую степень окисления:

        0                     +2

       Fe + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂

                      разб.

            0                         +3

       2Fe + 6H₂S0₄ = Fe₂(S0₄)₃ + 3S0₂  + 6H₂0

                         конц.

Д).Взаимодействие с растворами солей

       Каждый металл, начиная с магния, вытесняет все следую­щие за ним в ряду напряжений металлы из растворов их солей:

       Fe + CuS0₄ = FeS0₄ + Сu

       Такие металлы, как литий, натрий, калий, кальций, барий. использовать для вытеснения менее активных металлов из водных растворов солей нельзя, так как при обычных условиях они реагируют с водой.

 

 

                                     4. Способы получения металлов

Пирометаллургия — восстановление безводных соединений при высокой температуре
Восстановители	Примеры	Получаемые металлы
С или СО (карботермия)	PbO + C = Pb + CO Fe203 + 3СО = 2Fe + 3C02 Сульфиды предварительно обжигают: 2ZnS + 302 = 2ZnO + 2S02 ZnO + С = Zn + 2СО	Fe, Cu, Pb, Sn, Cd, Zn
Al, Mg и др. (металлотермия)	Cr203 + 2AI = 2Cr + Al203 TiCI4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2	Mn, Cr, W, Mo, Ti, V
H2(водородотермия)	Mo03 + 3H2 = Mo + 3H20 Оксиды активных металлов (МgО, СаО, А1203 и др.) водо­родом не восстанавливаются	Cu, Ni, W, Fe, Mo, Cd, Pb
Электрометаллургия – восстановление электрическим током
Виды электролиза	Примеры	Получаемые металлы
Электролиз расплавов	NaCl  =  Na+  +  Cl- расплав К Na+  + е- =  Na      2 А Cl-  + 2е- =  Cl2    1 2NaCl электролиз  2Na  +  Cl2 2Al2O3 электролиз  4Al  +  3O2                Na3(AlF6)	Щелочные металлы, Be, Mg, Ca (из расплавленных хлоридов), Al – из расплавленного оксида
Электролиз растворов	NiSO4 = Ni2+ + SO42- раствор К Ni2+ + 2е- = Ni                    2 А 2Н2О - 4е- = O2 + 4Н+       1 2NiSO4 + 2Н2О электролиз 2Ni + О2 + Н2SO4	Zn, Cd, Co, Mn, Fe
Гидрометаллургия – восстановление из растворов солей
Примеры		Получаемые металлы
Металл, входящий в состав руды, переводят в раствор, затем восстанавливают более активным металлом:    CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O   CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu   CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O   CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd		Cd, Ag, Au, Cu