Отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам
Задача 1021.
Сравнить отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам: а) соляной; б) серной; в) азотной. Написать уравнения соответствующих реакций.
Решение:
Цинк, кадмий и ртуть – металлы, образующие подгруппу цинка. Активность их понижается от Zn к Hg. Цинк – амфотерен: легко растворяется в кислотах, а при нагревании – в щелочах. Кадмий в щелочах не растворяется, а в кислотах -менее энергично, чем цинк. Ртуть взаимодействует только с кислотами, которые являются сильными окислителями.
Отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам:
а) Отношение цинка, кадмия и ртути к соляной кислоте.
Соляная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду металлов до водорода с образованием соли и выделением газообразного водорода:
1) Цинк легко растворяется в соляной кислоте:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2) Кадмий значительно хуже, чем цинк растворяется в соляной кислоте:
Cd + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
3) Ртуть не растворяется в соляной кислоте, она растворяется в царской водке:
3Hg + 2HNO3 + 6HCl = 3HgCl2 + 2NO↑ + 4H2O
б) Отношение цинка, кадмия и ртути к серной кислоте.
1) Взаимодействие серной кислоты с металлами проходит различно в зависимости от её концентрации. Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Из-за этого она взаимодействует только с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода, например Zn и Cd:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
Cd + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
Ртуть не взаимодействует с разбавленной серной кислотой (в ряду напряжений металлов ртуть находится после водорода; нормальный потенциал Hg / Hg2+ = +0,85 B).
2) Концентрированная серная кислота является окислителем за счёт серы. Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно. Продукты её восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла и от условий (концентрация кислоты, температура).
При взаимодействии серной кислоты с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как SO2, так и свободная сера и сероводород. Так, при взаимодействии с цинком могут протекать реакции:
Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O
4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O.
Взаимодействие серной кислоты с кадмием протекает труднее, чем с цинком:
Cd + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
3Cd + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Cd + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O.
При растворении ртути в горячей концентрированной серной кислоте в зависимости от избытка ртути или кислоты образуются соли одновалентной или двухвалентной ртути:
Hg + 2H2SO4 = HgSO4 + SO2↑ + 2H2O2
Hg + 2H2SO4 = Hg2SO4 + SO2↑ + 2H2O.
а) Отношение цинка, кадмия и ртути к азотной кислоте.
C металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода азотная кислота реагирует по разному в зависимости от концентрации, например с цинком и кадмием:
Zn + 4HNO3(60%) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Zn + 8HNO3(30%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
4Zn + 10HNO3(20%) = Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
5Zn + 12HNO3(10%) = 5Zn(NO3)2 + N2↑ +6H2O
4Zn + 10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Реакции азотной кислоты с кадмием протекают аналогично, как и с цинком только труднее.
Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO2, N2O, N2 и NH4NO3.
Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:
увеличение концентрации кислоты ← NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 → увеличение активности металла.
При растворении ртути в разбавленной азотной кислоте образуется нитрат ртути (II):
3Hg + 8HNO3 = 3Hg(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
При избытке ртути образуется нитрат ртути (I):
6Hg + 8HNO3 = 3Hg2(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O.
Ртуть легко растворяется в концентрированной азотной кислоте – образуется нитрат ртути (II):
Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
