Взаимодействие металла с водой и кислотой-неокислителем

Схема процесса взаимодействия металла с водой:

Ме⁰ + H₂O → Me(OH)_x + H₂

Схема процесса взаимодействия металла с кислотой-неокислителем (HCl, H₂SO₄разб.):

Ме⁰ + H_xAn → Me_xAn_y + H₂

Окислительное действие воды и кислот-неокислителей осуществляется за счет ионов водорода, стандартный окислительно-восстановительный потенциал которого принят равным 0 (Е⁰_н/н=0В). Отсюда следует, что ЭДС окислительно-восстановительного процесса взаимодействия металла с водой и кислотой-неокислителем – положительно в тех случаях, когда стандартный окислительно-восстановительный потенциал металла (Е⁰_Ме/Ме) больше нуля.

Практическое осуществление подобных реакций возможно, если при взаимодействии металла, стоящего в ряду напряжения до водорода, с водой или кислотой-неокислителем образуются соответственно растворимый гидроксид или растворимая соль.

ПРИМЕР 5: Оцените термодинамическую возможность взаимодействия в системе ЦИНК И ВОДА. Проанализируйте практическую возможность взаимодействия в стандартных условиях, учитывая растворимость продукта реакции. Если реакция практически возможна, составьте уравнение реакции.

Решение. Окислительное действие воды осуществляется за счет ионов водорода, стандартный окислительно-восстановительный потенциал которого принят равным 0. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал восстановителя Е⁰(Zn²⁺/Zn) = -0,76В.

ЭДС = Е_окисл. – Е_восст. = Е⁰(Н⁺/Н) - Е⁰(Zn²⁺/Zn) = 0 – (-0,76) = +0,76В.

ЭДС больше нуля значит с термодинамической точки зрения реакция взаимодействия цинка с водой при обычных условиях осуществима.

Однако, реальная возможность любого процесса определяется не только термодинамическим факторам, но и образованием растворимых или нерастворимых продуктов взаимодействия. При действии воды на металл в качестве такого продукта образуются гидроксиды металлов. Гидроксид цинка Zn(OH)₂ малорастворим и при образовании пленки этого продукта на поверхности цинка реакция практически прекращается. При обычных условиях цинк в воде не растворим.

ПРИМЕР 6: Оцените термодинамическую возможность взаимодействия в системе ЦИНК И СОЛЯНАЯ КИСЛОТА. Проанализируйте практическую возможность взаимодействия в стандартных условиях, учитывая растворимость продукта реакции. Если реакция практически возможна, составьте уравнение реакции.

Решение. Окислительное действие соляной кислоты (кислота-неокислитель) осуществляется за счет ионов водорода, стандартный окислительно-восстановительный потенциал которого принят равным 0. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал восстановителя Е⁰(Zn²⁺/Zn) = -0,76В.

ЭДС = Е_окисл. – Е_восст. = Е⁰(Н⁺/Н) - Е⁰(Zn²⁺/Zn) = 0 – (-0,76) = +0,76В.

ЭДС больше нуля, значит с термодинамической точки зрения реакция взаимодействия цинка с соляной кислотой при обычных условиях осуществима.

Однако, реальная возможность любого процесса определяется не только термодинамическим факторам, но и образованием растворимых или нерастворимых продуктов взаимодействия. При действии кислоты-неокислителя на металл в качестве такого продукта образуются соли. Хлорид цинка ZnCl₂ растворим и при обычных условиях цинк взаимодействует с соляной кислотой.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

восстановитель 1| Zn – 2e = Zn²⁺; процесс окисления

окислитель 1| 2H⁺ + 2e = H₂; процесс восстановления