Zwaveltrioxide verschijnt doorgaans als een kleurloze vloeistof. Het kan ook voorkomen in de vorm van ijs, vezelige kristallen of gas. Wanneer zwaveltrioxide wordt blootgesteld aan lucht, komt er witte rook vrij. Het is een bestanddeel van een dergelijke chemisch actieve stof als geconcentreerd zwavelzuur. Het is een heldere, kleurloze, olieachtige en zeer agressieve vloeistof. Het wordt gebruikt bij de productie van kunstmest, explosieven en andere zuren, in de aardolie-industrie en in loodzuurbatterijen in auto's.

Geconcentreerd zwavelzuur: eigenschappen

Zwavelzuur is zeer oplosbaar in water, heeft een corrosief effect op metalen en stoffen, en verkoolt hout en de meeste andere organische stoffen bij contact. Nadelige gevolgen voor de gezondheid door inademing kunnen optreden als gevolg van langdurige blootstelling aan lage concentraties van de stof of kortdurende blootstelling aan hoge concentraties.

Geconcentreerd zwavelzuur wordt gebruikt voor het maken van kunstmest en andere chemicaliën, bij de olieraffinage, bij de ijzer- en staalproductie en voor vele andere doeleinden. Omdat het een vrij hoog kookpunt heeft, kan het worden gebruikt om meer vluchtige zuren uit hun zouten vrij te maken. Geconcentreerd zwavelzuur heeft een sterke hygroscopische eigenschap. Het wordt soms gebruikt als droogmiddel om veel verbindingen, zoals koolhydraten, te dehydrateren (chemisch water verwijderen).

Zwavelzuurreacties

Geconcentreerd zwavelzuur reageert op een ongebruikelijke manier met suiker, waardoor een broze, sponsachtige zwarte koolstofmassa achterblijft. Een soortgelijke reactie wordt waargenomen bij blootstelling aan leer, cellulose en andere plantaardige en dierlijke vezels. Wanneer geconcentreerd zuur met water wordt gemengd, komt er een grote hoeveelheid warmte vrij, voldoende om onmiddellijk te koken. Om de oplossing te verdunnen, moet het langzaam en onder voortdurend roeren aan koud water worden toegevoegd om de opbouw van warmte te beperken. Zwavelzuur reageert met vloeistof en vormt hydraten met uitgesproken eigenschappen.

fysieke eigenschappen

Een kleurloze en geurloze vloeistof in een verdunde oplossing heeft een zure smaak. Zwavelzuur is uiterst agressief wanneer het wordt blootgesteld aan de huid en alle weefsels van het lichaam en veroorzaakt bij direct contact ernstige brandwonden. In zijn pure vorm is H 2 SO4 geen geleider van elektriciteit, maar de situatie verandert in de tegenovergestelde richting met de toevoeging van water.

Sommige eigenschappen zijn dat het molecuulgewicht 98,08 is. Het kookpunt is 327 graden Celsius, het smeltpunt is -2 graden Celsius. Zwavelzuur is een sterk mineraal zuur en een van de belangrijkste producten van de chemische industrie vanwege de brede commerciële toepassingen ervan. Het ontstaat op natuurlijke wijze door de oxidatie van sulfidematerialen zoals ijzersulfide.

De chemische eigenschappen van zwavelzuur (H 2 SO4) komen tot uiting in verschillende chemische reacties:

1. Bij interactie met alkaliën worden twee reeksen zouten gevormd, waaronder sulfaten.
2. Reageert met carbonaten en bicarbonaten en vormt zouten en kooldioxide (CO 2).
3. Het heeft een verschillende invloed op metalen, afhankelijk van de temperatuur en de mate van verdunning. Bij koud en verdund komt waterstof vrij, bij warm en geconcentreerd SO2 komt er SO2-uitstoot vrij.
4. Een oplossing van H 2 SO4 (geconcentreerd zwavelzuur) ontleedt bij het koken in zwaveltrioxide (SO 3) en water (H 2 O). Chemische eigenschappen omvatten ook de rol van een sterk oxidatiemiddel.

Brandgevaar

Zwavelzuur is zeer reactief en doet bij contact fijnverspreide brandbare materialen ontbranden. Bij verhitting komen zeer giftige gassen vrij. Het is explosief en onverenigbaar met een groot aantal stoffen. Bij verhoogde temperaturen en drukken kunnen behoorlijk agressieve chemische veranderingen en vervormingen optreden. Kan heftig reageren met water en andere vloeistoffen, waardoor spatten kan ontstaan.

Gezondheidsrisico

Zwavelzuur tast alle lichaamsweefsels aan. Het inademen van dampen kan ernstige longschade veroorzaken. Schade aan het slijmvlies van de ogen kan leiden tot volledig verlies van het gezichtsvermogen. Contact met de huid kan ernstige necrose veroorzaken. Zelfs een paar druppels kunnen dodelijk zijn als het zuur toegang krijgt tot de luchtpijp. Chronische blootstelling kan tracheobronchitis, stomatitis, conjunctivitis en gastritis veroorzaken. Maagperforatie en peritonitis kunnen optreden, vergezeld van collaps van de bloedsomloop. Zwavelzuur is zeer bijtend en moet met uiterste voorzichtigheid worden behandeld. Tekenen en symptomen van blootstelling kunnen ernstig zijn en omvatten kwijlen, extreme dorst, slikproblemen, pijn, shock en brandwonden. Braaksel heeft meestal de kleur van gemalen koffie. Acute blootstelling door inademing kan leiden tot niezen, heesheid, verstikking, laryngitis, kortademigheid, irritatie van de luchtwegen en pijn op de borst. Bloedingen uit de neus en het tandvlees, longoedeem, chronische bronchitis en longontsteking kunnen ook voorkomen. Blootstelling van de huid kan leiden tot ernstige pijnlijke brandwonden en dermatitis.

E.H.B.O.

1. Plaats slachtoffers in de frisse lucht. Personeel van de hulpdiensten moet blootstelling aan zwavelzuur vermijden.
2. Beoordeel vitale functies, inclusief hartslag en ademhalingsfrequentie. Als er geen hartslag wordt gedetecteerd, voer dan reanimatiemaatregelen uit, afhankelijk van de extra verwondingen. Als ademhalen moeilijk is, zorg dan voor ademhalingsondersteuning.
3. Verwijder vervuilde kleding zo snel mogelijk.
4. Bij contact met de ogen minimaal 15 minuten met warm water spoelen; op de huid wassen met water en zeep.
5. Als u giftige dampen inademt, moet u uw mond met veel water spoelen; u mag niet drinken of zelf braken opwekken.
6. Vervoer slachtoffers naar een medische instelling.

ALG's worden in het artikel speciaal in kleur gemarkeerd. Besteed speciale aandacht aan hen. Deze vergelijkingen kunnen voorkomen op het Unified State Exam.

Verdund zwavelzuur gedraagt ​​zich net als andere zuren en verbergt zijn oxidatieve eigenschappen:

En nog iets om te onthouden verdund zwavelzuur: zij reageert niet met lood. Een stukje lood dat in verdund H2SO4 wordt gegooid, raakt bedekt met een laag onoplosbaar (zie oplosbaarheidstabel) loodsulfaat en de reactie stopt onmiddellijk.

Oxiderende eigenschappen van zwavelzuur

– zware olieachtige vloeistof, niet-vluchtig, smaak- en geurloos

Door zwavel in de oxidatietoestand +6 (hoger) verkrijgt zwavelzuur sterke oxiderende eigenschappen.

Regel voor taak 24 (oud A24) bij het bereiden van zwavelzuuroplossingen Je mag er nooit water in gieten. Geconcentreerd zwavelzuur moet in een dunne stroom in water worden gegoten, onder voortdurend roeren.

Reactie van geconcentreerd zwavelzuur met metalen

Deze reacties zijn strikt gestandaardiseerd en volgen het schema:

H2SO4(conc.) + metaal → metaalsulfaat + H2O + gereduceerd zwavelproduct.

Er zijn twee nuances:

1) Aluminium, ijzer En chroom Onder normale omstandigheden reageren ze door passivatie niet met H2SO4 (conc.). Moet verwarmd worden.

2) C platina En goud H2SO4 (conc) reageert helemaal niet.

Zwavel V geconcentreerd zwavelzuur- oxidatiemiddel

• Dit betekent dat het zichzelf zal herstellen;
• de mate van oxidatie waartoe zwavel wordt gereduceerd, hangt af van het metaal.

Laat ons nadenken zwaveloxidatietoestandsdiagram:

• Voor -2 zwavel kan alleen worden verminderd door zeer actieve metalen - in een reeks spanningen tot en met aluminium.

De reacties zullen als volgt gaan:

8Li+5H 2 DUS 4( conc. .) → 4Li 2 DUS 4 + 4U 2 O+H 2 S

4 mg + 5 uur 2 DUS 4( conc. .) → 4MgSO 4 + 4U 2 O+H 2 S

8Al + 15H 2 DUS 4( conc. .) (t) → 4Al 2 (DUS 4 ) 3 +12U 2 O+3H 2 S

• bij interactie van H2SO4 (conc) met metalen in een reeks spanningen na aluminium, maar vóór ijzer, dat wil zeggen, bij metalen met een gemiddelde activiteit wordt zwavel gereduceerd tot 0 :

3 minuten + 4 uur 2 DUS 4( conc. .) → 3MnSO 4 + 4U 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 DUS 4( conc. .) (t) →Cr 2 (DUS 4 ) 3 + 4U 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 DUS 4( conc. .) → 3ZnSO 4 + 4U 2 O+S↓

• alle andere metalen beginnend met hardwarematig in een aantal spanningen (inclusief die na waterstof, behalve goud en platina natuurlijk) kunnen ze het zwavelgehalte slechts tot +4 reduceren. Omdat dit laagactieve metalen zijn:

2 Fe + 6 H 2 DUS 4(conc.) ( T)→ Fe 2 ( DUS 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 DUS 2

(merk op dat ijzer oxideert tot +3, de hoogst mogelijke oxidatietoestand, aangezien het een sterk oxidatiemiddel is)

Cu+2H 2 DUS 4( conc. .) → CuSO 4 + 2U 2 O+ZO 2

2Ag + 2H 2 DUS 4( conc. .) → Ag 2 DUS 4 + 2U 2 O+ZO 2

Natuurlijk is alles relatief. De diepte van het herstel zal van vele factoren afhangen: zuurconcentratie (90%, 80%, 60%), temperatuur, enz. Daarom is het onmogelijk om producten volledig nauwkeurig te voorspellen. De bovenstaande tabel heeft ook een eigen percentage bij benadering, maar u kunt dit gebruiken. Het is ook noodzakelijk om te onthouden dat in het Unified State Examination, wanneer het product van gereduceerde zwavel niet wordt aangegeven en het metaal niet bijzonder actief is, de compilers hoogstwaarschijnlijk SO 2 bedoelen. Je moet naar de situatie kijken en naar aanwijzingen in de omstandigheden zoeken.

DUS 2 - dit is over het algemeen een veelgebruikt product van ORR met deelname van conc. zwavelzuur.

H2SO4 (conc) oxideert een deel niet-metalen(die reducerende eigenschappen vertonen), in de regel tot een maximum - de hoogste mate van oxidatie (er wordt een oxide van dit niet-metaal gevormd). In dit geval wordt zwavel ook gereduceerd tot SO 2:

C+2H 2 DUS 4( conc. .) → CO 2 + 2U 2 O+2SO 2

2P+5H 2 DUS 4( conc. .) → p 2 O 5 +5H 2 O+5SO 2

Vers gevormd fosforoxide (V) reageert met water om orthofosforzuur te produceren. Daarom wordt de reactie onmiddellijk geregistreerd:

2P+5H 2 DUS 4( conc. ) → 2H 3 postbus 4 + 2U 2 O+5SO 2

Hetzelfde geldt voor boor, het verandert in orthoboorzuur:

2B+3H 2 DUS 4( conc. ) → 2H 3 B.O. 3 +3SO 2

De interactie van zwavel met een oxidatietoestand van +6 (in zwavelzuur) met “andere” zwavel (bevindt zich in een andere verbinding) is zeer interessant. In het kader van het Unified State Examination wordt de interactie van H2SO4 (conc) in beschouwing genomen met zwavel (een eenvoudige stof) en waterstofsulfide.

Laten we beginnen met interactie zwavel (een eenvoudige stof) met geconcentreerd zwavelzuur. In een eenvoudige stof is de oxidatietoestand 0, in een zuur is deze +6. In deze ORR zal zwavel +6 zwavel 0 oxideren. Laten we eens kijken naar het diagram van de oxidatietoestanden van zwavel:

Zwavel 0 zal oxideren en zwavel +6 zal worden verminderd, dat wil zeggen de oxidatietoestand verlagen. Er komt zwaveldioxide vrij:

2 H 2 DUS 4(conc.) + S → 3 DUS 2 + 2 H 2 O

Maar in het geval van waterstofsulfide:

Er worden zowel zwavel (een eenvoudige stof) als zwaveldioxide gevormd:

H 2 DUS 4( conc. .) +H 2 S → S↓ + ZO 2 + 2U 2 O

Dit principe kan vaak helpen bij het identificeren van een ORR-product waarbij het oxidatiemiddel en het reductiemiddel hetzelfde element zijn, in verschillende oxidatietoestanden. Het oxidatiemiddel en het reductiemiddel “ontmoeten elkaar halverwege” volgens het oxidatietoestandsdiagram.

H2SO4 (conc), hoe dan ook, interageert met halogeniden. Alleen hier moet je begrijpen dat fluor en chloor "zichzelf met een snor" zijn en ORR komt niet voor bij fluoriden en chloriden, ondergaat een conventioneel ionenuitwisselingsproces waarbij waterstofhalogenidegas wordt gevormd:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (geconc.) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (conc.) → CaSO 4 + 2HF

Maar de halogenen in de samenstelling van bromiden en jodiden (evenals in de samenstelling van de overeenkomstige waterstofhalogeniden) worden geoxideerd tot vrije halogenen. Alleen zwavel wordt op verschillende manieren gereduceerd: jodide is een sterker reductiemiddel dan bromide. Daarom reduceert jodide zwavel tot waterstofsulfide en bromide tot zwaveldioxide:

2H 2 DUS 4( conc. .) + 2NaBr → Na 2 DUS 4 + 2U 2 O+ZO 2 +Br 2

H 2 DUS 4( conc. .) + 2HBr → 2H 2 O+ZO 2 +Br 2

5H 2 DUS 4( conc. .) + 8NaI → 4Na 2 DUS 4 + 4U 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

H 2 DUS 4( conc. .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

Waterstofchloride en waterstoffluoride (evenals hun zouten) zijn bestand tegen de oxiderende werking van H2SO4 (conc).

En tot slot het laatste: dit is uniek voor geconcentreerd zwavelzuur, niemand anders kan dit doen. Ze heeft waterafvoerende eigenschap.

Hierdoor kan geconcentreerd zwavelzuur op verschillende manieren worden gebruikt:

Ten eerste het drogen van stoffen. Geconcentreerd zwavelzuur verwijdert water uit de substantie en deze ‘wordt droog’.

Ten tweede een katalysator in reacties waarbij water wordt geëlimineerd (bijvoorbeeld uitdroging en verestering):

H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (conc.)) → H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O

H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (geconc.)) → H 2 C =CH 2 + H 2 O

Fysische eigenschappen van zwavelzuur:
Zware olieachtige vloeistof (“vitrioololie”);
dichtheid 1,84 g/cm3; niet-vluchtig, zeer oplosbaar in water - met sterke verwarming; t°pl. = 10,3°C, t°kook. = 296°C, zeer hygroscopisch, heeft waterverwijderende eigenschappen (verkoling van papier, hout, suiker).

De hydratatiewarmte is zo groot dat het mengsel kan koken, spatten en brandwonden kan veroorzaken. Daarom is het noodzakelijk om zuur aan water toe te voegen, en niet andersom, omdat wanneer water aan zuur wordt toegevoegd, lichter water op het oppervlak van het zuur terecht zal komen, waar alle gegenereerde warmte zal worden geconcentreerd.

Industriële productie van zwavelzuur (contactmethode):

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (oleum)

Gebroken, gezuiverd, nat pyriet (zwavelpyriet) wordt bovenop in de oven gegoten om in te bakken. gefluïdiseerd bed". Met zuurstof verrijkte lucht wordt van onderaf doorgelaten (tegenstroomprincipe).
Uit de oven komt ovengas, waarvan de samenstelling is: SO 2, O 2, waterdamp (de pyriet was nat) en kleine sinteldeeltjes (ijzeroxide). Het gas wordt gezuiverd van onzuiverheden van vaste deeltjes (in een cycloon en elektrische stofvanger) en waterdamp (in een droogtoren).
In een contactapparaat wordt zwaveldioxide geoxideerd met behulp van een katalysator V 2 O 5 (vanadiumpentoxide) om de reactiesnelheid te verhogen. Het proces van oxidatie van het ene oxide naar het andere is omkeerbaar. Daarom worden optimale omstandigheden voor de directe reactie geselecteerd: verhoogde druk (aangezien de directe reactie plaatsvindt met een afname van het totale volume) en een temperatuur niet hoger dan 500 C (aangezien de reactie exotherm is).

In de absorptietoren wordt zwaveloxide (VI) geabsorbeerd door geconcentreerd zwavelzuur.
Er wordt geen gebruik gemaakt van absorptie door water, omdat zwaveloxide in water oplost onder vrijlating van een grote hoeveelheid warmte, waardoor het resulterende zwavelzuur kookt en in stoom verandert. Om de vorming van zwavelzuurmist te voorkomen, gebruikt u 98% geconcentreerd zwavelzuur. Zwaveloxide lost heel goed op in zo’n zuur en vormt oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Chemische eigenschappen van zwavelzuur:

H 2 SO 4 is een sterk tweebasisch zuur, een van de sterkste minerale zuren; vanwege de hoge polariteit wordt de H – O-binding gemakkelijk verbroken.

1) Zwavelzuur dissocieert in waterige oplossing , waarbij een waterstofion en een zuur residu worden gevormd:
H 2 SO 4 = H ++ H SO 4 - ;
HSO 4 - = H ++ SO 4 2- .
Samenvattende vergelijking:
H 2 SO 4 = 2H ++ SO 4 2- .

2) Interactie van zwavelzuur met metalen:
Verdund zwavelzuur lost alleen metalen op in de spanningsreeks links van waterstof:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (verdund) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Reactie van zwavelzuurmet basische oxiden:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Reactie van zwavelzuur methydroxiden:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Uitwisselingsreacties met zouten:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
De vorming van een wit neerslag van BaS04 (onoplosbaar in zuren) wordt gebruikt om zwavelzuur en oplosbare sulfaten te detecteren (kwalitatieve reactie op sulfaationen).

Speciale eigenschappen van geconcentreerd H 2 SO 4:

1) Geconcentreerd zwavelzuur is sterk oxidatiemiddel ; bij interactie met metalen (behalve Au, Pt) wordt het gereduceerd tot S +4 O 2, S 0 of H 2 S -2, afhankelijk van de activiteit van het metaal. Zonder verwarming reageert het niet met Fe, Al, Cr - passivatie. Bij interactie met metalen met variabele valentie oxideren deze laatste naar hogere oxidatietoestanden dan in het geval van een verdunde zuuroplossing: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn4+

Actief metaal

8 Al + 15 H 2 SO 4 (conc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 e— → 2Al 3+ — oxidatie
3│ S 6+ + 8e → S 2– herstel

4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Metaal met gemiddelde activiteit

2Cr + 4 H 2 SO 4 (conc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - oxidatie
1│ S 6+ + 6e → S 0 – herstel

Laagactief metaal

2Bi + 6H 2 SO 4 (conc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 DUS 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oxidatie
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - herstel

2Ag + 2H 2 SO 4 →Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

2) Geconcentreerd zwavelzuur oxideert sommige niet-metalen, meestal tot de maximale oxidatietoestand, en wordt zelf gereduceerd totS+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (conc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (conc) → 3SO 2 + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (conc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Oxidatie van complexe stoffen:
Zwavelzuur oxideert HI en HBr tot vrije halogenen:
2 KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Geconcentreerd zwavelzuur kan chloride-ionen niet oxideren tot vrij chloor, wat het mogelijk maakt om HCl te verkrijgen door de uitwisselingsreactie:
NaCl + H 2 SO 4 (geconc.) = NaHSO 4 + HCl

Zwavelzuur verwijdert chemisch gebonden water uit organische verbindingen die hydroxylgroepen bevatten. Uitdroging van ethylalcohol in aanwezigheid van geconcentreerd zwavelzuur produceert ethyleen:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Het verkolen van suiker, cellulose, zetmeel en andere koolhydraten bij contact met zwavelzuur wordt ook verklaard door hun uitdroging:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Zuur met metaal is specifiek voor deze klassen verbindingen. Tijdens zijn verloop wordt het waterstofproton gereduceerd en, samen met het zure anion, vervangen door een metaalkation. Dit is een voorbeeld van een reactie waarbij een zout ontstaat, hoewel er verschillende soorten interacties zijn die dit principe niet volgen. Ze verlopen als redoxreacties en gaan niet gepaard met het vrijkomen van waterstof.

Principes van reacties van zuren met metalen

Alle reacties met metaal leiden tot de vorming van zouten. De enige uitzondering is misschien dat de reactie van een edelmetaal met koningswater, een mengsel van zoutzuur en elke andere interactie van zuren met metalen leidt tot de vorming van een zout. Als het zuur noch geconcentreerd zwavelzuur noch salpeterzuur is, komt moleculaire waterstof als product vrij.

Maar wanneer geconcentreerd zwavelzuur reageert, verloopt de interactie met metalen volgens het principe van een oxidatie-reductieproces. Daarom werden experimenteel twee soorten interacties tussen typische metalen en sterke anorganische zuren geïdentificeerd:

• interactie van metalen met verdunde zuren;
• interactie met geconcentreerd zuur.

Reacties van het eerste type komen voor met elk zuur. De enige uitzonderingen zijn geconcentreerd en salpeterzuur van welke concentratie dan ook. Ze reageren volgens het tweede type en leiden tot de vorming van zouten en producten van de reductie van zwavel en stikstof.

Typische interacties van zuren met metalen

Metalen die zich links van waterstof in de standaard elektrochemische reeks bevinden, reageren met andere zuren met verschillende concentraties, met uitzondering van salpeterzuur, om een ​​zout te vormen en moleculaire waterstof vrij te maken. Metalen die zich rechts van waterstof in de elektronegativiteitsreeks bevinden, kunnen niet reageren met de bovengenoemde zuren en hebben alleen interactie met salpeterzuur, ongeacht de concentratie, met geconcentreerd zwavelzuur en met koningswater. Dit is een typische reactie tussen zuren en metalen.

Reacties van metalen met geconcentreerd zwavelzuur

Reacties met verdund salpeterzuur

Verdund salpeterzuur reageert met metalen die zich links en rechts van waterstof bevinden. Tijdens de reactie met actieve metalen wordt ammoniak gevormd, dat onmiddellijk oplost en reageert met het nitraatanion, waardoor een ander zout ontstaat. Het zuur reageert met middelactieve metalen, waarbij moleculaire stikstof vrijkomt. Bij laagactieve stoffen verloopt de reactie met de afgifte van tweewaardig stikstofoxide. Meestal worden in één reactie verschillende zwavelreductieproducten gevormd. Voorbeelden van reacties worden gegeven in de onderstaande grafische bijlage.

Reacties met geconcentreerd salpeterzuur

In dit geval werkt stikstof ook als oxidatiemiddel. Alle reacties eindigen met de vorming van een zout en het vrijkomen van redoxreacties. Schema's voor de stroom van redoxreacties worden voorgesteld in de grafische bijlage. In dit geval verdient de reactie met laagactieve elementen speciale aandacht. Deze interactie van zuren met metalen is niet-specifiek.

Reactiviteit van metalen

Metalen reageren vrij gemakkelijk met zuren, hoewel er verschillende inerte stoffen zijn. Dit zijn ook elementen met een hoog elektrochemisch potentieel. Er zijn een aantal metalen die op basis van deze indicator zijn gebouwd. Het wordt de elektronegativiteitsreeks genoemd. Als het metaal zich links van waterstof bevindt, kan het reageren met verdund zuur.

Er is slechts één uitzondering: ijzer en aluminium kunnen, vanwege de vorming van driewaardige oxiden op hun oppervlak, niet met zuur reageren zonder verwarming. Als het mengsel wordt verwarmd, reageert de metaaloxidefilm aanvankelijk en lost deze vervolgens zelf op in het zuur. Metalen die zich rechts van waterstof bevinden in de reeks elektrochemische activiteiten kunnen niet reageren met anorganisch zuur, inclusief verdund zwavelzuur. Er zijn twee uitzonderingen op de regel: deze metalen lossen op in geconcentreerd en verdund salpeterzuur en koningswater. Alleen rhodium, ruthenium, iridium en osmium kunnen hierin niet worden opgelost.

VERHOUDING VAN METALEN EN ZUREN

Meestal worden in de chemische praktijk sterke zuren zoals zwavelzuur gebruikt. H 2 SO 4, zoutzuur HCl en stikstof HNO 3 . Vervolgens beschouwen we de relatie van verschillende metalen tot de genoemde zuren.

Zoutzuur ( HCl)

Zoutzuur is de technische naam voor zoutzuur. Het wordt verkregen door waterstofchloridegas in water op te lossen - HCl . Vanwege de lage oplosbaarheid in water bedraagt ​​de concentratie zoutzuur onder normale omstandigheden niet meer dan 38%. Daarom verloopt het dissociatieproces van de moleculen in een waterige oplossing, ongeacht de concentratie zoutzuur, actief:

HCl H + + Cl -

Bij dit proces worden waterstofionen gevormd H+ fungeren als een oxidatiemiddel, oxiderend metalen in de activiteitenreeks links van waterstof . De interactie verloopt volgens het volgende schema:

Mij + HClzout +H 2

In dit geval is het zout een metaalchloride ( NiCl2, CaCl2, AlCl3 ), waarin het aantal chloride-ionen overeenkomt met de oxidatietoestand van het metaal.

Zoutzuur is een zwak oxidatiemiddel, dus metalen met een variabele valentie worden geoxideerd laagste positieve oxidatietoestanden:

Fe 0 → Fe 2+

Co 0 → Co2+

Ni 0 → Ni2+

Cr 0 →Cr2+

Mn 0 → Mn 2+ En enz. .

Voorbeeld:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│ Al 0 – 3 e- → Al 3+ - oxidatie

3│2 H++ 2 e- → H2 - herstel

Zoutzuur passiveert lood ( Pb ). Loodpassivering wordt veroorzaakt door de vorming van loodchloride, dat moeilijk oplosbaar is in water, op het oppervlak ( II ), dat het metaal beschermt tegen verdere blootstelling aan zuur:

Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H2

Zwavelzuur (H 2 DUS 4 )

De industrie produceert zwavelzuur met een zeer hoge concentratie (tot 98%). Er moet rekening worden gehouden met het verschil in de oxiderende eigenschappen van een verdunde oplossing en geconcentreerd zwavelzuur ten opzichte van metalen.

Verdund zwavelzuur

In een verdunde waterige oplossing van zwavelzuur dissociëren de meeste moleculen:

H 2 SO 4 H + + H SO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

Ionen geproduceerd H+ een functie uitvoeren oxidatiemiddel .

Net als zoutzuur, verdund zwavelzuuroplossing reageert alleen met actieve metalen En gemiddelde activiteit (gelegen in de activiteitenreeks tot aan waterstof).

De chemische reactie verloopt volgens het volgende schema:

Meh+H2SO4(razb .) → zout+H2

Voorbeeld:

2 Al + 3 H 2 SO 4 (verd.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

1│2Al 0 – 6 e- → 2Al 3+ - oxidatie

3│2 H++ 2 e- → H2 - herstel

Metalen met variabele valentie worden geoxideerd met een verdunde oplossing van zwavelzuur laagste positieve oxidatietoestanden:

Fe 0 → Fe 2+

Co 0 → Co2+

Ni 0 → Ni2+

Cr 0 → Cr2+

Mn 0 → Mn 2+ En enz. .

Leiding ( Pb ) lost niet op in zwavelzuur (als de concentratie lager is dan 80%) , sinds het resulterende zout PbSO4 onoplosbaar en vormt een beschermende film op het metalen oppervlak.

Geconcentreerd zwavelzuur

In een geconcentreerde oplossing van zwavelzuur (meer dan 68%) zitten de meeste moleculen erin ongedissocieerd toestand dus zwavel werkt als oxidatiemiddel , die zich in de hoogste oxidatietoestand bevindt ( S+6 ). Geconcentreerd H2SO4 oxideert alle metalen waarvan de standaard elektrodepotentiaal kleiner is dan de potentiaal van het oxidatiemiddel - sulfaation DUS 4 2- (0,36 V). In dit opzicht met geconcentreerd reageren met zwavelzuur en sommige laagreactieve metalen .

Het proces van interactie van metalen met geconcentreerd zwavelzuur verloopt in de meeste gevallen volgens het volgende schema:

Mij + H 2 DUS4 (conc.)zout + water + reductieproduct H 2 DUS 4

Herstelproducten zwavelzuur kan de volgende zwavelverbindingen bevatten:

De praktijk leert dat wanneer een metaal reageert met geconcentreerd zwavelzuur, er een mengsel van reductieproducten vrijkomt, bestaande uit: H 2 S, S en SO 2. Eén van deze producten wordt echter in overheersende hoeveelheden gevormd. De aard van het hoofdproduct wordt bepaald metalen activiteit : hoe hoger de activiteit, hoe dieper het proces van zwavelreductie in zwavelzuur.

De interactie van metalen met verschillende activiteit met geconcentreerd zwavelzuur kan worden weergegeven door het volgende diagram:

Aluminium (Al ) En ijzer ( Fe ) niet reageren koud geconcentreerd H2SO4 , bedekt rakend met dichte oxidefilms, maar bij verhitting verloopt de reactie.

Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt reageer niet met zwavelzuur.

Geconcentreerd zwavelzuur is sterk oxidatiemiddel Wanneer metalen met een variabele valentie ermee interageren, worden deze laatste daarom geoxideerd naar hogere oxidatietoestanden dan in het geval van een verdunde zuuroplossing:

Fe 0→ Fe 3+,

Cr 0→ Cr3+,

Mn 0→Mn 4+,

Sn 0→ Sn4+

Leiding ( Pb ) oxideert naar tweewaardig toestand met de vorming van oplosbaar loodwaterstofsulfaatPb ( HSO 4 ) 2 .

Voorbeelden:

Actief metaal

8 A1 + 15 H 2 SO 4 (conc.) →4A1 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S

4│2 Al 0 – 6 e- → 2 Al 3+ - oxidatie

3│ S 6+ + 8 e → S 2- - herstel

Metaal met gemiddelde activiteit

2 Cr + 4 H 2 SO 4 (conc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S

1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - oxidatie

1│ S 6+ + 6 e → S 0 - herstel

Laagactief metaal

2Bi + 6H 2 SO 4 (conc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2

1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oxidatie

3│ S 6+ + 2 e → S 4+ - herstel

Salpeterzuur ( HNO 3 )

De eigenaardigheid van salpeterzuur is dat de stikstof in de samenstelling is opgenomen NUMMER 3 - heeft de hoogste oxidatietoestand van +5 en heeft daarom sterke oxiderende eigenschappen. De maximale waarde van de elektrodepotentiaal voor het nitraation is 0,96 V, daarom is salpeterzuur een sterker oxidatiemiddel dan zwavelzuur. De rol van een oxidatiemiddel bij de reacties van metalen met salpeterzuur wordt gespeeld door N5+ . Vandaar, waterstof H 2 valt nooit op wanneer metalen interageren met salpeterzuur ( ongeacht de concentratie ). Het proces verloopt volgens het volgende schema:

Mij + HNO 3 zout + water + reductieproduct HNO 3

Herstelproducten HNO 3 :

Wanneer salpeterzuur reageert met een metaal, wordt gewoonlijk een mengsel van reductieproducten gevormd, maar in de regel is één daarvan overheersend. Welk product het belangrijkste zal zijn, hangt af van de concentratie van het zuur en de activiteit van het metaal.

Geconcentreerd salpeterzuur

Een zure oplossing met een dichtheid vanρ > 1,25 kg/m 3, wat overeenkomt met
concentraties > 40%. Ongeacht de activiteit van het metaal, de reactie van interactie ermee HNO3 (conc.) verloopt volgens het volgende schema:

Mij + HNO 3 (conc.)→ zout + water + NEE 2

Edelmetalen reageren niet met geconcentreerd salpeterzuur (Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ), en een aantal metalen (Al , Ti , Cr , Fe , Co , Ni ) bij lage temperatuur gepassiveerd met geconcentreerd salpeterzuur. De reactie is mogelijk bij toenemende temperatuur en verloopt volgens het hierboven weergegeven schema.

Voorbeelden

Actief metaal

Al + 6 HNO 3 (conc.) → Al (NO 3 ) 3 + 3 H 2 O + 3 NO 2

1│ Al 0 – 3 e → Al 3+ - oxidatie

3│ N 5+ + e → N 4+ - herstel

Metaal met gemiddelde activiteit

Fe + 6 HNO 3(conc.) → Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O + 3NO

1│ Fe 0 – 3e → Fe 3+ - oxidatie

3│ N 5+ + e → N 4+ - herstel

Laagactief metaal

Ag + 2HNO 3 (conc.) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2

1│ Ag 0 – e → Ag + - oxidatie

1│ N 5+ + e → N 4+ - herstel

Verdund salpeterzuur

Herstelproduct salpeterzuur in een verdunde oplossing is afhankelijk van metalen activiteit betrokken bij de reactie:

Voorbeelden:

Actief metaal

8 Al + 30 HNO 3(verd.) → 8Al(NO 3) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3

8│ Al 0 – 3e → Al 3+ - oxidatie

3│ N 5+ + 8 e → N 3- - herstel

De ammoniak die vrijkomt bij de reductie van salpeterzuur reageert onmiddellijk met overtollig salpeterzuur en vormt een zout: ammoniumnitraat NH4NO3:

NH3 + HNO3 → NH4 NO3.

Metaal met gemiddelde activiteit

10Cr + 36HNO 3(verd.) → 10Cr(NO 3) 3 + 18H 2 O + 3N 2

10│ Cr 0 – 3 e → Cr 3+ - oxidatie

3│ 2 N 5+ + 10 e → N 2 0 - herstel

Behalve moleculaire stikstof ( N2 ) wanneer metalen met een middelmatige activiteit een interactie aangaan met verdund salpeterzuur, worden ze in gelijke hoeveelheden gevormd Stikstofoxide ( ik) – N2O . In de reactievergelijking moet je schrijven één van deze stoffen .

Laagactief metaal

3Ag + 4HNO 3(verd.) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO

3│ Ag 0 – e → Ag + - oxidatie

1│ N 5+ + 3 e → N 2+ - herstel

"Koningswater"

"Koninklijke wodka" (voorheen werden zuren wodka's genoemd) is een mengsel van één volume salpeterzuur en drie tot vier volumes geconcentreerd zoutzuur, dat een zeer hoge oxiderende activiteit heeft. Een dergelijk mengsel is in staat enkele laagactieve metalen op te lossen die niet reageren met salpeterzuur. Onder hen is de "koning van de metalen" - goud. Dit effect van "regia wodka" wordt verklaard door het feit dat salpeterzuur zoutzuur oxideert, waarbij vrij chloor vrijkomt en stikstofchlooroxide wordt gevormd ( III ), of nitrosylchloride – NOCl:

HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl

2 NOCl → 2 NO + Cl 2

Chloor bestaat op het moment van vrijkomen uit atomen. Atoomchloor is een sterk oxidatiemiddel, waardoor “regia wodka” zelfs de meest inerte “edelmetalen” kan aantasten.

De oxidatiereacties van goud en platina verlopen volgens de volgende vergelijkingen:

Au + HNO 3 + 4 HCl → H + NO + 2H 2 O

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

Voor Ru, Os, Rh en Ir "Aqua regia" werkt niet.

E.A. Nudnova, M.V. Andryukhova