V. Примеры выполнения заданий

Пример 1. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия алюминия с водой.

Решение. При взаимодействии алюминия с водой окислителем является ион водорода (H⁺)

2 Al – 3e =Al ³⁺ e ⁰ = –1,67В,

3 2H₂0 + 2e = H₂ + 2OH^- e⁰ = – 0,41В.

2Al + 6H₂O = 2Al³⁺ + 6OH^- + 3H₂

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Э.Д.С.реакции = (–0,41)–(–1,67) = +1,26В.. Реакция протекает с образованием гидроксида алюминия и водорода. Однако образующийся в результате реакции гидроксид алюминия нерастворим в воде. Реакция останавливается. Термодинамически алюминий взаимодействует с водой, а практически происходит пассивация.

Пример 2. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия натрия с водой.

Решение. При взаимодействии натрия с водой окислителем является ион водорода (H⁺)

2 Na – e = Na⁺ e ⁰ = –2,71В

1 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^- e⁰ = –0,41В.

2Na + 2H₂O = 2Na⁺ + 2OH^- + H₂

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Э.Д.С.реакции = (–0,41В) – (–2,71В) = +2,30В. Реакция протекает с образованием гидроксида натрия и водорода.

Пример 3. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия цинка с водным раствором гидроксида натрия.

Решение. При взаимодействии цинка с водой окислителем является ион водорода (H⁺)

1 Zn –2e = Zn²⁺ e ⁰ = –0,74В

1 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^- e⁰ = –0,41В.

Zn + 2H₂O = Zn²⁺ + 2OH^- + H₂

Zn + 2H₂O = Zn(OH)₂ + H₂

Э.Д.С. = (–0,41В) – (–0,74В) = +0,33В. Реакция протекает с образованием нерастворимого в воде гидроксида цинка. Реакция прекращается, так как защитная пленка разделяет реагенты. Практически металл цинк не реагирует с водой. Однако в щелочной (основной) среде амфотерный гидроксид цинка проявляет кислотный характер и взаимодействует с основанием

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]

Образующаяся соль растворима в воде. Таким образом, защитная пленка разрушается, и металл цинк реагирует с водой.

Суммарная реакция:

Zn + 2H₂O +2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂.

Пример 4. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия цинка с хлороводородной кислотой.

Решение. При взаимодействии цинка с хлороводородной кислотой окислителем является ион водорода (H⁺)

1 Zn – 2e = Zn²⁺ e ⁰ = –0,74В

1 2H ⁺ + 2e = H₂ e⁰ = +0,00В

Zn + 2H ⁺= H₂ + Zn²⁺

Zn + 2HCl = H₂ + ZnCl₂.

Э.Д.С. = (–0,00В) – (–0,74В) = +0,74В. Реакция протекает с образованием водорода и хлорида цинка, растворимого в воде

Пример 5. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой.

Решение. При взаимодействии цинка с концентрированной серной кислотой окислителем является сульфат-ион (SO₄^2-).Цинк относиться к среднеактивным металлам. В результате реакции образуется сера.

3 Zn – 2e = Zn²⁺ e ⁰ = –0,74В

1 SO₄^2- + 8H⁺ + 6e = S + 4H₂O e⁰ = +0,36В

3Zn + SO₄^2- + 8H⁺ = 3Zn²⁺ + S + 4H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O.

Э.Д.С. = (+0,36В) – (–0,74В) = +1,10В. Реакция протекает с образованием серы.

Пример 6. Составить уравнение реакции в случае возможностивзаимодействия цинка с разбавленной азотной кислотой.

Решение. В разбавленной азотной кислоте окислителем является нитрат-ион (NO₃^-). Цинк относится к среднеактивным металлам. В результате реакции образуется оксид азота (I)

4 Zn – 2e = Zn²⁺ e ⁰ = –0,74В

1 2NO₃^- +10H⁺ + 8e = N₂O + 5H₂O e⁰ = +1,12В.

4Zn + 2NO₃^- + 10H⁺ = 4Zn²⁺ + N₂O + 5H₂O

4Zn + 10HNO₃ = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

Э.Д.С. = (+1,12В) – (–0,74В) = +1,86В. Реакция протекает с образованием оксида азота (I).

Таблица

Стандартные электродные потенциалы металлов

Электрод	е^0В	Электрод	е^0В
Li / Li^+	-3,045	Fe / Fe ^2+	-0,440
Rb / Rb^+	-2,925	H2 / H2О	-0,410
K / K^+	-2,924	Cd / Cd ^2+	-0,403
Cs / Cs^+	-2,923	Co / Co ^2+	-0,277
Ba / Ba ^2+	-2,900	Ni / Ni ^2+	-0,250
Ca / Ca ^2+	-2,870	Sn / Sn ^2+	-0,136
Na / Na^+	-2,714	Pb / Pb ^2+	-0,127
Mg / Mg ^2+	-2,370	H2 / 2H^+	0,00
Be / Be ^2+	-1,850	Bi / Bi ^3+	+0,215
AI / AI ^3+	-1,660	Cu / Cu^2+	+0,340
Ti / Ti ^2+	-1,603	Ag / Ag^+	+0,80
Mn / Mn ^2+	-1,180	Hg / Hg ^2+	+0,85
Zn / Zn ^2+	-0,763	Pt / Pt ^2+	+1,19
Cr / Cr ^3+	-0,740	Au / Au ^3+	+1,50

Методические указания по дисциплине «Химия» к лабораторным занятиям по теме «Металлы. Коррозия металлов. Раздел Химические свойства металлов» для студентов специальностей 130503 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ» (НТХ/СТХ), 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» дневной формы обучения

Составитель: канд. хим. наук, доцент Обухов В.М.

Подписано к печати Бумага писч. № 1

Заказ № Уч. изд. л.

Формат 60/90/ 1/16. Усл. печ. л.

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039 г. Тюмень, ул. Киевская, 52

Дата добавления: 2015-09-06