Przeczytaj

bg‑violet

Sole

Sole są to związki o wzorze ogólnym:

M_{n} R_{m}

Gdzie:

$M$ – kation metalu (lub kation ${NH}_{4}^{+}$ );
$R$ – anion reszty kwasowej;
$n$ , $m$ – indeksy stechiometryczne.

bg‑violet

Reakcja kwasu z metalem jako jedna z metod otrzymywania soli

Jedną z metod otrzymywania soli jest reakcja pomiędzy metalem a kwasem. W celu zbadania, czy reakcja danego metalu z kwasem zachodzi, należy pamiętać o wstępnym oczyszczeniu powierzchni tego metalu, np. poprzez pocieranie papierem ściernym. W zależności od rodzaju kwasu, reakcje mogą zachodzić wg schematów:

bg‑gray2

Kwasy o słabych właściwościach utleniających (słabo utleniające)

Do kwasów o słabych właściwościach utleniających należą m.in. kwas chlorowodorowy $(HCl)$ , kwas bromowodorowy $(HBr)$ , kwas fosforowy(V) $(H_{3} {PO}_{4})$ oraz rozcieńczony kwas siarkowy(VI) $(H_{2} {SO}_{4 (rozc .)})$ .

kwas + metal \to sól + wodór ↑

Ważne!

Aby powyższa reakcja chemiczna pomiędzy metalem a kwasem zaszła, metal musi wykazywać większą aktywność chemiczną od wodoru. To, czy jest on aktywniejszy chemicznie od wodoru, możemy określić, korzystając z szeregu elektrochemicznego metali.

**Szereg elektrochemiczny wybranych metali**
półogniwo	$E ° [V]$
$Li / {Li}^{+}$	$- 3,04$
$Ca / {Ca}^{2 +}$	$- 2,84$
$Mg / {Mg}^{2 +}$	$- 2,36$
$Al / {Al}^{3 +}$	$- 1,68$
$Mn / {Mn}^{2 +}$	$- 1,18$
$Zn / {Zn}^{2 +}$	$- 0,76$
$Cr / {Cr}^{3 +}$	$- 0,74$
$Fe / {Fe}^{2 +}$	$- 0,44$
$Cd / {Cd}^{2 +}$	$- 0,40$
$Co / {Co}^{2 +}$	$- 0,28$
$Ni / {Ni}^{2 +}$	$- 0,26$
$Sn / {Sn}^{2 +}$	$- 0,14$
$Pb / {Pb}^{2 +}$	$- 0,13$
$Fe / {Fe}^{3 +}$	$- 0,04$
$H_{2} / 2 H^{+}$	$0,00$
$Bi / {Bi}^{3 +}$	$+ 0,31$
$Cu / {Cu}^{2 +}$	$+ 0,34$
$Ag / {Ag}^{+}$	$+ 0,80$
$Hg / {Hg}^{2 +}$	$+ 0,85$
$Au / {Au}^{3 +}$	$+ 1,50$

Indeks dolny Źródło: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010. J. Sawicka, A. Janich‑Kilian, W. Cejner‑Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2001. Indeks dolny koniec

Metale o ujemnej wartości potencjału elektrochemicznego wypierają wodór z roztworów kwasów.

Rozważ poniższe przykłady:

Polecenie 1

Zapisz równanie reakcji wapnia z kwasem chlorowodorowym (solnym) lub zaznacz, że reakcja nie zachodzi.

W przypadku gdy uznasz, że reakcja zachodzi, napisz jej równanie w formie cząsteczkowej i jonowej skróconej, a współczynniki w równaniu dobierz metodą bilansu jonowo‑elektronowego.

Następnie porównaj swoją odpowiedź z prawidłową odpowiedzią podaną poniżej.

RTz10mJtFvu23

R6Z04j5nSHGd2

Bilans jonowo‑elektronowy

Ca \to {Ca}^{2 +} + 2 e^{-}

2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Ca + 2 H_{3} O^{+} \to {Ca}^{2 +} + H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis cząsteczkowy:

Ca + 2 HCl \to {CaCl}_{2} + H_{2} ↑

Polecenie 2

Zapisz równanie reakcji srebra z kwasem chlorowodorowym (solnym) lub zaznacz, że reakcja nie zachodzi.

W przypadku gdy uznasz, że reakcja zachodzi, napisz jej równanie w formie cząsteczkowej i jonowej skróconej, a współczynniki w równaniu dobierz metodą bilansu jonowo‑elektronowego.

Następnie porównaj swoją odpowiedź z prawidłową odpowiedzią podaną poniżej.

RuU2pDm2lokez

R8VjpQ0t9Axv4

Ag + HCl \to

reakcja nie zachodzi

bg‑gray2

Kwasy o silnym działaniu utleniającym

Do kwasów silnie utleniających należą kwas azotowy(V) stężony i rozcieńczony $({HNO}_{3})$ , stężony kwas siarkowy(VI) $(H_{2} {SO}_{4 (st ę ż .)})$ , a także kwas chlorowy(VII) $({HClO}_{4})$ .

Kwasy o silnych właściwościach utleniających reagują z niemal wszystkimi metalami, również z metalami o dodatnim potencjale elektrochemicznym. Gazowym produktem reakcji kwasów silnie utleniających z odpowiednimi metalami nie jest jednak wodór, a odpowiedni tlenek. Reakcje te przebiegają wg schematów:

metal + {HNO}_{3 (rozcieńczony)} \to sól + NO ↑ + H_{2} O

metal + {HNO}_{3 (stężony)} \to sól + {NO}_{2} ↑ + H_{2} O

metal + H_{2} {SO}_{4 (stężony)} \to sól + {SO}_{2} ↑ + H_{2} O

Rozpatrzmy to na przykładach:

Polecenie 3

Zapisz równanie reakcji miedzi ze stężonym kwasem azotowym(V).

Równanie zapisz w formie cząsteczkowej i jonowej skróconej, a współczynniki w dobierz metodą bilansu jonowo‑elektronowego.

Następnie porównaj swoją odpowiedź z prawidłową odpowiedzią, podaną poniżej.

RqKCk6HeQN0BI

RvlJkQ7rkuD7J

Reakcja utlenienia:

Cu \to {Cu}^{2 +} + 2 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 2 H_{3} O^{+} + e^{-} \to {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O | \cdot 2

2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Cu + 2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} \to {Cu}^{2 +} + 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis cząsteczkowy:

Cu + 4 {HNO}_{3} \to Cu {({NO}_{3})}_{2} + 2 {NO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Polecenie 4

Zapisz równanie reakcji srebra z rozcieńczonym kwasem azotowym(V).

Równanie zapisz w formie cząsteczkowej i jonowej skróconej, a współczynniki w dobierz metodą bilansu jonowo‑elektronowego.

Następnie porównaj swoją odpowiedź z prawidłową odpowiedzią podaną poniżej.

R40ChIawfNT26

R1B9gDLKS03ZY

Reakcja utlenienia:

Ag \to {Ag}^{+} + e^{-} | \cdot 3

3 Ag \to 3 {Ag}^{+} + 3 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 3 e^{-} \to NO ↑ + 6 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

3 Ag + {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} \to 3 {Ag}^{+} + NO ↑ + 6 H_{2} O

Równanie reakcji – zapis cząsteczkowy:

3 Ag + 4 {HNO}_{3} \to 3 {AgNO}_{3} + NO ↑ + 2 H_{2} O

Ważne!

Glin w reakcji z kwasami silnie utleniającymi na zimno (w temperaturze pokojowej), ulega pasywacjipasywacjapasywacji – pokrywa się warstewką tlenku, co praktycznie uniemożliwia reakcję tego metalu ze wspomnianymi kwasami. Podobnie do glinu zachowuje się m.in. żelazo. Żelazo reaguje jednak w temperaturze pokojowej z rozcieńczonym kwasem azotowym(V), z wydzieleniem tlenku azotu(II).

bg‑violet

Reakcje metali występujących na różnych stopniach utlenienia z kwasami

Niektóre metale mogą tworzyć sole, w których ich atomy występować będą na różnych stopniach utlenienia, w zależności od tego, jakiego z kwasów użyjemy do reakcji. W reakcji z kwasami o słabych właściwościach utleniających powstają sole z kationem na niższym stopniu utlenienia, a w wyniku reakcji z kwasami silnie utleniającymi przyjmują wyższe stopnie utlenienia, np.:

Fe + 2 HCl \to {FeCl}_{2} + H_{2}

Reakcja utlenienia:

Fe \to {Fe}^{2 +} + 2 e^{-}

Reakcja redukcji:

2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Fe + 2 H_{3} O^{+} \to {Fe}^{2 +} + H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

W wyniku reakcji żelaza z kwasem o słabych właściwościach utleniających powstaje sól żelaza na +II stopniu utlenienia.

Fe + 4 {HNO}_{3 (rozcieńczony)} \to Fe {({NO}_{3})}_{3} + NO ↑ + 2 H_{2} O

Reakcja utlenienia:

Fe \to {Fe}^{3 +} + 3 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 3 e^{-} \to NO ↑ + 6 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Fe + {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} \to {Fe}^{3 +} + NO ↑ + 6 H_{2} O

W wyniku reakcji żelaza z kwasem silnie utleniającym powstaje sól żelaza na +III stopniu utlenienia. Należy jednak pamiętać, że jak już wspomniano, żelazo w temperaturze pokojowej, w kontakcie ze stężonym kwasem azotowym(V) i stężonym kwasem siarkowym(VI), ulega pasywacji.

bg‑violet

Część doświadczalna

Polecenie 5

Zapoznaj się z poniższym dzienniczkiem laboratoryjnym i uzupełnij brakujące informacje.

Badanie reaktywności metali wobec kwasów o słabych właściwościach utleniających

R1e3DzSIMdnWo

Równania reakcji:

Cu + HCl \to

reakcja nie zachodzi

II:

Zn + 2 HCl \to {ZnCl}_{2} + H_{2} ↑

Reakcja utlenienia:

Zn \to {Zn}^{2 +} + 2 e^{-}

Reakcja redukcji:

2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Zn + 2 H_{3} O^{+} \to {Zn}^{2 +} + H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

III:

2 Al + 6 HCl \to 2 {AlCl}_{3} + 3 H_{2} ↑

Reakcja utlenienia:

Al \to {Al}^{3 +} + 3 e^{-} | \cdot 2

2 Al \to 2 {Al}^{3 +} + 6 e^{-}

Reakcja redukcji:

2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to H_{2} ↑ + 2 H_{2} O

6 H_{3} O^{+} + 6 e^{-} \to 3 H_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

2 Al + 6 H_{3} O^{+} \to 2 {Al}^{3 +} + 3 H_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Polecenie 6

Zapoznaj się z poniższym dzienniczkiem laboratoryjnym i uzupełnij brakujące informacje.

Badanie reaktywności metali wobec kwasów utleniających o różnym stężeniu.

R14fAczK2myHI

Równania reakcji:

Stężony kwas azotowy(V)

Cu + 4 {HNO}_{3 (stężony)} \to Cu {({NO}_{3})}_{2} + 2 {NO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Bilans jonowo‑elektronowy:

Reakcja utlenienia:

Cu \to {Cu}^{2 +} + 2 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 2 H_{3} O^{+} + e^{-} \to {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O | \cdot 2

2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Cu + 2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} \to {Cu}^{2 +} + 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

II:

Zn + 4 {HNO}_{3 (stężony)} \to Zn {({NO}_{3})}_{2} + 2 {NO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Bilans jonowo‑elektronowy:

Reakcja utlenienia:

Zn \to {Zn}^{2 +} + 2 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 2 H_{3} O^{+} + e^{-} \to {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O | \cdot 2

2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

Zn + 2 {NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} \to {Zn}^{2 +} + 2 {NO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

III:

Al + {HNO}_{3 (stężony)} \to

reakcja nie zachodzi

Rozcieńczony kwas azotowy(V)

3 Cu + 8 {HNO}_{3 (rozcieńczony)} \to 3 Cu {({NO}_{3})}_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O

Bilans jonowo‑elektronowy:

Reakcja utlenienia:

Cu \to {Cu}^{2 +} + 2 e^{-} | \cdot 3

3 Cu \to 3 {Cu}^{2 +} + 6 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 3 e^{-} \to NO ↑ + 6 H_{2} O | \cdot 2

2 {NO}_{3}^{-} + 8 H_{3} O^{+} + 6 e^{-} \to 2 NO ↑ + 12 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

3 Cu + 2 {NO}_{3}^{-} + 8 H_{3} O^{+} \to 3 {Cu}^{2 +} + 2 NO ↑ + 12 H_{2} O

II:

3 Zn + 8 {HNO}_{3 (rozcieńczony)} \to 3 Zn {({NO}_{3})}_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O

Bilans jonowo‑elektronowy:

Reakcja utlenienia:

Zn \to {Zn}^{2 +} + 2 e^{-} | \cdot 3

3 Zn \to 3 {Zn}^{2 +} + 6 e^{-}

Reakcja redukcji:

{NO}_{3}^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 3 e^{-} \to NO ↑ + 6 H_{2} O | \cdot 2

2 {NO}_{3}^{-} + 8 H_{3} O^{+} + 6 e^{-} \to 2 NO ↑ + 12 H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji – zapis jonowy skrócony:

3 Zn + 2 {NO}_{3}^{-} + 8 H_{3} O^{+} \to 3 {Zn}^{2 +} + 2 NO ↑ + 12 H_{2} O

III:

Al + {HNO}_{3 (rozcieńczony)} \to

reakcja nie zachodzi

Słownik

pasywacja

pokrywanie się powierzchni metalu szczelną warstewką tlenku tego metalu, która chroni go przed dalszym niszczeniem

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Podstawy chemii, Warszawa 2009.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2007.

Pajdowski L., Chemia ogólna, Warszawa 2002.

https://biomist.pl/chemia/artykuly/prawda-o-reakcjach-kwasow-z-metalami/2908 (dostęp: 17.05.2022)

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Sole

Reakcja kwasu z metalem jako jedna z metod otrzymywania soli

Kwasy o słabych właściwościach utleniających (słabo utleniające)

Kwasy o silnym działaniu utleniającym

Reakcje metali występujących na różnych stopniach utlenienia z kwasami

Część doświadczalna

Słownik

Bibliografia