Szereg elektrochemiczny metali

Z wcześniej poznawanych, bardziej elementarnych działów chemii wiemy, że nie każdy metal reaguje z kwasem, wypierając z niego wodór. Niektóre metale (jak potas czy sód) są tak aktywne, że łatwo reagują nawet z wodą, inne co prawda reagują z wodą, ale nieco trudniej (np. magnez reaguje tylko z wodą w postaci pary wodnej), jeszcze inne normalnie nie reagują co prawda z wodą, ale reagują bez problemu z kwasami (choćby żelazo), są też wreszcie i takie metale, które nie chcą wypierać wodoru z kwasów (tu należą m.in. miedź czy srebro).

Przykłady:

  • sód z wodą: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
  • magnez z parą wodną: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
  • żelazo z kwasem solnym: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
  • miedź z kwasem solnym: Cu + HCl – reakcja nie zachodzi.

Pozorne złamanie zasady – reakcje redoks

Pamiętajmy jednak, że istnieją kwasy, które reagują z metalami opornymi na działanie innych kwasów, jednak w takich reakcjach nie wydziela się wodór. Są to kwasy utleniające, uczestniczące w reakcjach redoks, w których metal jest utleniany, a atom niemetalu budującego kwas ulega częściowo redukcji do niższego stopnia utlenienia. Reakcje te dobrze jest zapamiętać; dość trudno je uzgodnić metodami klasycznymi, warto więc przeprowadzić bilans elektronowy.

Gdy miedź reaguje z kwasem azotowym (jeśli nie podajemy stopnia utlenienia azotu, wiadomo, że chodzi o HNO3), produkty zależą od stężenia kwasu. Jeśli kwas jest rozcieńczony, wydziela się tlenek azotu(II), natomiast jeśli jest stężony – tlenek azotu(IV). Powstaje przy tym sól, którą zgodnie z przewidywaniami jest azotan miedzi(II).

Uzgodnimy teraz obie te reakcje, stosując bilans elektronowy. Reakcja z rozcieńczonym kwasem przebiega według schematu (bez współczynników):

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Miedź zmienia stopień utlenienia z 0 na +II, zatem ulega utlenieniu, czyli jest reduktorem (a ponieważ oddaje elektrony, nazywa się ją także donorem elektronów lub elektronatorem). Zgodnie z tym, co napisano wyżej, redukcji ulega azot, ze stopnia +V w HNO3 do stopnia +II w NO (jest utleniaczem, przyjmuje elektrony, jest akceptorem elektronów lub dezelektronatorem). Zauważmy jeszcze, że nie cały azot przechodzi ze stopnia +V na +II – nie zmienia się azot, który wchodzi w skład soli.

Piszemy równania połówkowe:

reakcja utleniania: Cu0 − 2e → Cu+II
reakcja redukcji: N+V + 3e → N+II

Bilansujemy elektrony, mnożąc pierwsze równanie przez 3, a drugie przez dwa:

Cu0 − 2e → Cu+II | ·3
N+V + 3e → N+II | ·2

Otrzymane współczynniki wpisujemy do równania: 3 przy miedzi i przy azotanie miedzi(II), natomiast 2 tylko przy tlenku azotu, bo nie cały azot z lewej strony (z kwasu azotowego) ulega przemianie redoks:

3Cu + HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O

Uzgadniamy teraz wszystkie pierwiastki nieulegające procesom redoks, inne niż wodór i tlen. W naszym wypadku jest to tylko azot – w równaniu nie cały azot w kwasie ulega redukcji:

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O

Uzgadniamy wodór, wpisując współczynnik przed wodą po stronie prawej.

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Mamy już wszystkie współczynniki, policzmy jednak dla sprawdzenia atomy tlenu. Po lewej stronie mamy tlen tylko w kwasie, w liczbie 8·3 = 24 atomów. Po prawej tlen jest w soli (3·3·2 = 18 atomów), w tlenku (2 atomy) i w wodzie (4 atomy), czyli razem 18 + 2 + 4 = 24 atomy tlenu. Wszystko się zgadza, więc współczynniki stechiometryczne zostały dobrane poprawnie.

Reakcja miedzi ze stężonym kwasem azotowym przebiega według schematu:

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

Od poprzedniego schematu ten różni się tylko innym tlenkiem azotu. Miedź zmienia stopień utlenienia z 0 na +II, zatem ulega utlenieniu, czyli jest reduktorem (elektronatorem). Redukcji ulega część azotu, ze stopnia +V w HNO3 do stopnia +IV w NO2 (azot jest utleniaczem lub dezelektronatorem).

Piszemy równania połówkowe:

reakcja utleniania: Cu0 − 2e → Cu+II
reakcja redukcji: N+V + 1e → N+IV

Zwróćmy uwagę na jedynkę przed liczbą elektronów w reakcji redukcji. Jedynka ta oznacza, że równanie zostało uzgodnione (i oczywiście można ją pominąć). Bilansujemy elektrony, mnożąc drugie równanie przez dwa:

Cu0 − 2e → Cu+II
N+V + 1e → N+IV | ·2

Otrzymane wspóczynniki wpisujemy do równiania: 1 przy miedzi i przy azotanie miedzi(II) (i dzięki tej jedynce wiemy, że te reagenty zostały już uzgodnione), natomiast 2 tylko przy tlenku azotu, bo nie cały azot z lewej strony (z kwasu azotowego) ulega przemianie redoks:

1Cu + HNO3 → 1Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O

Uzgadniamy teraz do końca azot:

1Cu + 4HNO3 → 1Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O

Uzgadniamy wodór:

1Cu + 4HNO3 → 1Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Mamy już wszystkie współczynniki, policzmy jednak dla sprawdzenia atomy tlenu. Po lewej stronie mamy tlen tylko w kwasie, w liczbie 4·3 = 12 atomów. Po prawej tlen jest w soli (1·3·2 = 6 atomów), w tlenku (2·2 = 4 atomy) i w wodzie (2 atomy), czyli razem 6 + 4 + 2 = 12 atomy tlenu. Wszystko się zgadza, więc współczynniki stechiometryczne zostały dobrane poprawnie. Na użytek przewrażliwionych odbiorców możemy przepisać równanie jeszcze raz, bez jedynek, których normalnie się nie pisze:

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

A

3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O

4Ag + 6HNO3 → 4AgNO3 + NO + NO2 + 2H2O

Print Friendly, PDF & Email

Kategorie: Artykuły chemiczne,Chemia

Pozostaw odpowiedź

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.


Dowiedz się tutaj, co musisz wiedzieć Kredyt gotówkowy kalkulator Na portalu finansowym
chwilowkiprzezinterneta.pl