Опыт №4 процесс пассивации алюминия

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ, КИСЛОТАМИ И ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ ЩЕЛОЧЕЙ

Опыт №1 действие воды на металлы.

В две пробирки наливают воду и насыпают в каждую небольшое количество порошка магния. Затем одну пробирку нагревают, а в другую добавляют раствор хлорида аммония.

А) Mg + 2H₂O→ Mg(OH)₂ ↓+H₂ (реакция идет при нагревании)

Б) 2NH₄Cl + 2H₂O + Mg → MgCl₂ + 2NH₄OH + H₂

Вывод: магний при незначительном нагревании энергично взаимодействует с водой, т.к. при этом повышается растворимость Mg(OH)_2. В результате взаимодействия Mg(OH)₂ и NH₄Cl образуется NH₄OH – основание более слабое, чем Mg(OH)₂, поэтому равновесие реакции сдвинуто вправо. При удалении пленки Mg(OH)₂ происходит бурное взаимодействие металла с водой.

Далее проверяют отношение Al, Zn, Cu к воде на холоде и при нагревании.

В) Al + H₂O→реакция не идет, т.к. в воде не растворяется оксидная пленка Al₂O₃

Г) Zn + H₂O(t⁰C)→ Zn(OH)₂ ↓+H₂

Zn(OH)₂ →ZnO + H₂O

Цинк взаимодействует с водой лишь при нагревании, т.к. при этом повышается растворимость Zn(OH)₂.

Д) Cu + H₂O→реакция не идет, т.к. не выполняется условие: φ_ок должно быть больше φ_вос.( φ_ок.= -0,41; φ_Cu⁺²_/Сu= 0,34).

Опыт №2 действие соляной кислоты и разбавленной серной кислоты на металлы.

Испытывают действие указанных кислот на Al, Zn, Cu, Pb.

А)2Al + 6HCl →2AlCl₃ +3H₂

Б) 2Al + 3H₂SO₄→Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Вывод: реакции идут, т.к. φ_Al⁺³_/Al= - 1,66 < 0,00 и AlCl₃, Al₂(SO₄)₃ – растворимые соли.

В) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Г) Zn + H₂SO₄→ ZnSO₄ + H₂

Вывод: реакции идут, т.к. φ_Zn⁺²_/Zn= - 0,76 < 0,00 и ZnCl₂, ZnSO₄ – растворимые соли.

Д) Pb+ HCl → реакция не идет, т.к., несмотря на то, что φ_Pb⁺²_/Pb= - 0,13 < 0,00, реакция быстро прекращается образования на поверхности металла малорастворимой пленки хлорида свинца, изолирующей металл от кислоты (пассивация свинца).

Е) Pb+ H₂SO₄→ реакция не идет, т.к. PbSO₄- нерастворимая соль.

Ж) Cu + HCl →

З) Cu + H₂SO₄→

Вывод: реакции не идут, т.к. φ_Cu⁺²_/Сu= 0,34 > 0,00.

Опыт №3 действие концентрированной серной кислоты на металлы.

Проверяют действие концентрированной серной кислоты на Al, Zn, Cu.

a) Al + H₂SO₄→ Al₂(SO₄)₃ + H₂O + H₂S↓ (S↓, SO₂↑)

8 Al⁰ – 3e^- → Al⁺³ φ_Al⁺³_/Al= - 1,66 – окисление, восстановитель

3 SO₄^-2 + 10H⁺ + 8 e^- → H₂S↓+ 4 H₂O φ=+0,31- восстановление, окислитель

8Al⁰ + 3SO₄^-2 + 30H⁺→ 8Al⁺³+ 3H₂S↓+ 12 H₂O

8Al + 15H₂SO₄→ 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O +3 H₂S↓

Вывод: Al – металл активный, поэтому образуются Al₂(SO₄)₃, H₂O, H₂S. φ_вос <φ_ок следовательно реакция идет в прямом направлении.

b) Zn + H₂SO₄→ ZnSO₄ + H₂O + S↓ (SO₂↑)

3 Zn ⁰ – 2e^- → Zn ⁺² φ_Zn⁺²_{/ Zn}= - 0,76 – окисление, восстановитель

1 SO₄^-2 + 8H⁺ + 6 e^- → S↓+ 4 H₂O φ=+0,36- восстановление, окислитель

3Zn ⁰ + SO₄^-2 + 8H⁺→ 3Zn ⁺² + S↓+ 4 H₂O

3Zn + 4H₂SO₄→ 3ZnSO₄ + 4H₂O + S↓

Вывод: Zn– металл средней активности, поэтому образуются ZnSO₄, H₂O, S↓. φ_вос <φ_ок следовательно реакция идет в прямом направлении

c) Cu + H₂SO₄→CuSO₄ + H₂O + SO₂↑

1 Cu ⁰ – 2e^- → Cu ⁺² φ_Cu⁺²_{/ Cu}= +0,34 – окисление, восстановитель

1 SO₄^-2 + 4H⁺ + 2 e^- → SO₂↑+ 2H₂O - восстановление, окислитель

Cu ⁰ + SO₄^-2 + 4H⁺→ Cu ⁺² + SO₂↑ + 2H₂O

Cu + 2H₂SO₄→CuSO₄ + 2H₂O + SO₂↑

Вывод: Cu– металл неактивный, поэтому образуются CuSO₄, H₂O, SO₂↑.

Опыт №4 процесс пассивации алюминия.

А) 2Al + 6HCl_10% →2AlCl₃ +3H₂

Б) Затем промыли алюминий водой

В) Al + HNO_{3(холод)} →Al₂O₃ + NO₂ + H₂O

1 2Al⁰ + 3H₂O – 6e^- → Al₂O₃ + 6 H⁺ – окисление, восстановитель

6 NO₃^- + 2H⁺ + e^- → NO₂+ H₂O φ=+0,81- восстановление, окислитель

2Al⁰ + 3H₂O + 6NO₃^- + 12H⁺→ Al₂O₃ + 6 H⁺ + 6NO₂+ 6H₂O-полное ионное уравнение

2Al⁰ + 6NO₃^- + 6H⁺→ Al₂O₃ + 6NO₂+ 3H₂O – сокращенное ионное уравнение

2Al +6HNO_{3(холод)} →Al₂O₃ + 6NO₂ + 3H₂O – молекулярное уравнение

Г)Снова промывают алюминий водой

Д) Al после обработки HNO_{3(холод)} уже не будет взаимодействовать с HCl, т.к. на поверхности металла имеется оксидная пленка.