CHEMIA

Działanie podstawowych kwasów i zasad na metale

Wydział: Górnictwo i Geologia Sekcja VIII

Kierunek: Inżynieria Bezpieczeństwa Katarzyna Pokora

Semestr II Łukasz Piętowski

Rok akademicki 2008/2009 Magdalena Szczybyło

WSTĘP:

Celem ćwiczenia jest wykonanie doświadczeń pozwalających stwierdzić jak zachowują się wybrane metale w obecności kwasów. Jak już wiadomo metale nieszlachetne rozpuszczają się w kwasach z wydzieleniem wodoru, a metale szlachetne mogą roztwarzać się w kwasach posiadających właściwości utleniające takich jak HNO₃ czy H₂SO₄. Nie wydziela się wtedy jednak wodór lecz kwas ulega rozkładowi z wydzieleniem odpowiedniego bezwodnika kwasowego.

Roztwarzając się w kwasie metale tworzą sole, a te dysocjując uwalniają kationy tych metali.

Dowodem roztworzenia się metalu jest obecność jego jonów w roztworze.

Dlatego po próbie roztworzenia metalu sprawdza się obecność jonów danego metalu w roztworze za pomocą opisanych reakcji charakterystycznych identyfikujących dany jon.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA:

- Zachowanie się miedzi w roztworach kwasów

Do trzech probówek wrzucić blaszki miedzi i podziałać na nie roztworami kwasów: 15 %-wego HCl, 20 %-wego H₂SO₄ i 20 %-wego HNO₃. Obserwacje przeprowadzić na zimno i na gorąco. Należy zwrócić uwagę na odmienne działanie na miedź kwasów nieutleniających i utleniających.

Przy roztwarzaniu miedzi w kwasie azotowym zwrócić uwagę na zabarwienie roztworu oraz barwę wydzielającego się gazu.

W przypadku roztworzenia się miedzi, napisać równanie reakcji, dobrać współczynniki i wyciągnąć wnioski z wykonanych doświadczeń. Czy miedź rotwarza się we wszystkich kwasach?

	REAKCJA NA ZIMNO	REAKCJA NA GORĄCO
Cu + HCl	nie rozpuszcza miedzi
Cu + H2SO4	nie rozpuszcza miedzi
Cu + HNO3	występuje reakcja na zimno	bardzo intensywna reakcja
	rozpuszcza miedź

- Reakcje identyfikacyjne jonu Cu ²⁺

Otrzymany w reakcji roztwór azotanu miedzi przelać po połowie do dwóch innych probówek i rozcieńczyć taką samą ilością wody destylowanej. Do jednej probówki wkraplać powoli 10 %-owy roztwór NaOH do drugiej NH₃H₂O. Wytrąca się niebieski, galaretowaty wodorotlenek miedzi Cu(OH)₂.

- Reakcje cynku z roztworami kwasów i zasad

Do trzech probówek wrzucić po kawałeczku cynku i podziałać na nie roztworami: 15 %-owym HCl, 20 %-owym H₂SO₄ i 20 %-owym HNO₃.

Jeżeli reakcje zachodzą słabo, roztwory ogrzać. Napisać odpowiednie równania reakcji i wyciągnąć wnioski. Ponadto zbadać w probówce zachowanie się cynku w 10 %-owym roztworze NaOH. Napisać równanie reakcji.

	REAKCJA NA ZIMNO	REAKCJA NA GORĄCO
Zn + HCl	rozpuszcza cynk, intensywna reakcja z wydzieleniem wodoru	-
Zn + H2SO4	rozpuszcza cynk, intensywna reakcja z wydzieleniem wodoru	-
Zn + HNO3	rozpuszcza cynk, reakcja z wydzieleniem gazu NO (mniej intensywna)	-

- Reakcje identyfikacyjne jonu Zn²⁺

Z otrzymanych roztworów chlorku i azotanu cynku odlać po około 3 cm³ do innych probówek. Rozcieńczyć małą ilością wody destylowanej i wkraplać ostrożnie 10 % owy roztwór NaOH, celem wytrącenia białego osadu wodorotlenku cynku.

- Zachowanie się glinu w roztworach kwasów i zasad

Do czterech probówek wrzucić po kawałeczku glinu i podziałać na nie oddzielnie: 15 %-owym HCl, 20 %-owym H₂SO₄, 20 %-owvm HNO₃, i 10 %owym NaOH. Obserwacje wykonać na zimno i na gorąco. Zapisać spostrzeżenia, wnioski i równania odpowiednich reakcji.

	REAKCJA NA ZIMNO
Al + HCl	rozpuszcza glin, wydzielanie wodoru
Al + H2SO4	rozpuszcza glin powoli
Al + HNO3	nie rozpuszcza glinu (pasywacja)

Pasywacja glinu

Al+ 3 HNO₃ = Al(NO₃)₃ +

W stężonym HNO₃ glin pokrywa się zwartą warstwą tlenków, która powstrzymuje dalsze roztwarzanie glinu. W roztworze wodnym tlenki glinu są redukowane, co powoduje dalsze powolne roztwarzanie.

- Reakcje identyfikacyjne jonów Al. ³⁺

Z uzyskanych roztworów chlorku glinu i glinianu sodu odlać po kilka cm³ do dwóch innych probówek i strącić biały, galaretowaty wodorotlenek glinu, wkraplając ostrożnie do jednej probówki 10 %-owy NaOH, natomiast do drugiej 15 %-owy HCl.

- Zachowanie się ołowiu w roztworach kwasów

Do trzech czystych probówek wrzucić po kawałeczku ołowiu i podziałać na nie 15 % owym HCl, 20 %-owym H₂SO₄ i 20 %-owym HNO₃. Zbadać zachowanie się ołowiu w tych kwasach na zimno a następnie na gorąco. W których kwasach ołów się rozpuszcza? Dlaczego? Zanotować spostrzeżenia i wnioski, a w przypadku roztwarzania ołowiu napisać odpowiednie równanie reakcji.

	REAKCJA NA ZIMNO
Pb + HCl	rozpuszcza ołów bardzo powoli, tworzy się na powierzchni ołowiu nierozpuszczalny PbCl2 zabezpiecza metal przed dalszym rozpuszczaniem
Pb + H2SO4	praktycznie nie rozpuszcza ołowiu, tworzy się na powierzchni ołowiu nierozpuszczalny PbSO4 zabezpiecza metal przed dalszym rozpuszczaniem
Pb + HNO3	rozpuszcza ołów łatwo

- Reakcje identyfikacyjne jonów Pb ²⁺

Otrzymany roztwór azotanu ołowiu przelać po połowie do dwóch probówek i rozcieńczyć taką samą ilością wody destylowanej. Do jedne probówki wkroplić 15 %owy HCl, do drugiej 10 %-owy roztwór jodku potasu. Zaobserwować wytrącenie się ciężkich osadów soli ołowiu: białego chlorku ołowiu PbCl₂ i żółtego jodku ołowiu PbI₂. Napisać równania zachodzących reakcji.

- Reakcje żelaza z roztworami kwasów

Do trzech probówek wrzucić po dwa żelazne gwoździki (lub opiłki) i podziałać na nie 15 %-owym HCl i 20 %-owym H₂SO₄ i 20 %-owym HNO₃. Dwa pierwsze roztwory podgrzać, natomiast w roztworze HNO₃ żelazo zwykle roztwarza się energicznie już na zimno (jeżeli żelazo reaguje słabo - również podgrzać). Napisać równania zachodzących reakcji pamiętając, że kwasy nieutleniające roztwarzają żelazo tworząc jony Fe²⁺ natomiast kwasy utleniające powodują wzrost stopnia utlenienia do jonu Fe³⁺.

	REAKCJA NA ZIMNO
Fe + HCl	rozpuszcza żelazo
Fe + H2SO4	rozpuszcza żelazo
Fe + HNO3	rozpuszcza żelazo

- Identyfikacja jonów Fe²⁺

Otrzymany roztwór chlorku żelaza (II) FeCl₂ przelać do innej probówki i wkraplać powoli 10 %-owy NaOH celem wytrącenia zielonkawego osadu wodorotlenku żelaza (II) Fe(OH)₂. Zanotować przebieg reakcji.

- Identyfikacja jonów Fe³⁺

Otrzymany roztwór azotanu żelaza (III) Fe(NO₃)₃ przelać w jednakowych ilościach do dwóch probówek.

W jednej probówce strącić brunatno-rdzawy wodorotlenek żelaza (III), wkraplając 10 %-owy roztwór NaOH. Napisać równanie reakcji. Roztwór azotanu żelaza (III) w drugiej probówce rozcieńczyć wodą destylowaną i wkraplać ostrożnie roztwór rodanku potasowego KCNS. Pojawienie się krwisto-czerwonej barwy, pochodzącej od utworzonego rodanku żelaza (III) Fe(CNS)₃, świadczy o obecności jonów Fe³⁺ w roztworze. Napisać równanie reakcji.

WNIOSKI:

Miedź nie roztwarza się w roztworach kwasów nieutleniających. Spowodowane jest to położeniem miedzi w szeregu napięciowym. Miedź będąc metalem szlachetnym i mało reaktywnym chemicznie nie jest w stanie wyprzeć wodoru z roztworu tych kwasów.

Cynk jest metalem amfoterycznym, co powoduje, że dobrze się roztwarza w roztworach kwasów jak i zasad

Glin roztwarza się dobrze zarówno w HCl jak i NaOH, co świadczy o jego amfoteryczności.

Ołów nie roztwarza się w H₂SO₄ ponieważ różnica w elektroujemności jest zbyt mała, aby mógł wyprzeć jony wodorowe z roztworu nieutleniającego.

ZADANIA:

1. W reakcji metalicznego glinu z kwasem siarkowym otrzymano 56 dm³ wodoru, zmierzonego w normalnych warunkach. Obliczyć, ile gramów glinu i ile cm³ 4 molowego H₂SO₄ zużyło się w tej reakcji?

Dane: Szukane:

C_m = 4 mol/dm³ m_Al = ?

V_wodoru = 56 cm³

1 mol - 22,4 dm³

x mol - 56 dm³

2 mole Al - 3 mole H₂

x moli - 2,5 moli H₂

3 mole H₂SO₄ - 3 mole H₂

x moli H₂SO₄ - 2,5 moli H₂

2. Ile kg technicznego cynku, zawierającego 96% Zn i ile dm³ 25 %-owego HCl o gęstości 1,12 g/cm³ potrzeba do wytworzenia 1 tony 45 %-owego roztworu chlorku cynku?

Dane: Szukane:

czystość Zn = 96% m_Zn = ?

C_{p HCl} = 25% V_HCl = ?

d = 1,12 g/cm³

m_r = 1 tona

C_{p ZnCl2} = 45%

450 000 g ZnCl₂ - x Zn

136,2 g ZnCl₂ - 65,39 g Zn

216046,3 g Zn - 96%

x g - 100%

450 000 g ZnCl₂ - x HCl

136,2 g ZnCl₂ - 2∙ 36,65 g HCl

240859 g HCl - 96%

x g HCl - 100%

3. Miedź roztwarza się w stężonym HNO₃ wg reakcji:

Cu + 4 HNO₃ = Cu (NO₃)₂ + 2 H₂O + 2 NO₂

a) dobrać współczynniki do tej reakcji,

b) obliczyć, ile cm³ 42 %-owego HNO₃ o gęstości 1,25 g/cm³ zużyje się do roztworzenia 160 g miedzi.

Dane: Szukane:

m_Cu = 160 g V_HNO3 = ?

C_p = 42%

d = 1,25 g/cm³

1 mol Cu - 4 mole HNO₃

2,52 moli - x moli HNO₃

4. Nikiel roztwarza się w rozcieńczonym HNO₃ wg reakcji:

3 Ni + 8 HNO₃ = 3 Ni(NO₃)₂ + 2 NO + 4 H₂O

a) dobrać współczynniki stechiometryczne dla tej reakcji,

b) obliczyć, ile gramów niklu o czystości 95% Ni można roztworzyć przy użyciu 600 cm³ 32 %-owego HNO₃, którego gęstość wynosi 1,2 g/cm³.

Dane: Szukane:

czystość niklu = 95% m_Ni = ?

d_HNO3 = 1,2 g/cm³

C_p = 32%

M_Ni = 58,69 g/mol

3 mole Ni - 8 moli HNO₃

x moli Ni - 3,66 moli HNO₃

80,41 g - 95%

x g - 100%

0

---