Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Окисление простого вещества водой, сопровождающееся выделением водорода и образованием гидратированных катионов. Электродный потенциал системы 2Н'(р) + 2е = Нз(г) для воды (при РН7) составляет ртза = — 0,414 В Следоватольно, выделение водорода из воды имеет место при взаимодействии с ной металлов, электродный потенциал которых характеризуется более отрицательным значением, чем 0,414 В, например: 2)ха(к) + 2НОН(ж) = 2Ха'(р) + 2ОН (р) + Нз(г) 2На(к) + 2НОН(ж) = 2о(аОН(р) + Нт(г) Денное взаимодействие характерно для щелочных и щелочно-земельных металлов.
Реакция идет с заметной скоростью, если образующийся в результате реакции гидроксид растворим в воде. Образование же нерастворимого (или малорастворимого) гидроксида на поверхности металла тормозит дальнейшее протекание реакции, например: оп(к) + 2НОН(ж) = оп(ОН),(т) + Нз(г) Торможение (или полное прекращение) химического процесса за счет продуктов взаимодействия называется аасскакраааниеж. 2. Диспропорционирование простых веществ, сопровождающееся образованием гидратированных анионов: С!г(г) + 2НОН(ж) = ОН;(р) + С! (р) + НС!0(р) С!г(г) + НОН(ж) = НС!(р) + НС!О(р) По указанному механизму взаимодействуют с водой простые вещества наиболее электроотрицатвльных элементов (С1, Вг, 1). 3.
Восстановление простого вещества водой, сопровождающееся выделением кислорода и образованием гидратированнога аннана. Сравним электродные потенциалы систем; Ог(г) + 4Н'(р) + 4е = 2НгО(ж), р~ — — 1,23 В Рг(г) + 2с = 2Р-(Р), гггзэ = 2,87 В По указанному механизму взаимодействует фтор; 2Гг(г) + 2НгО(ж) = 4НР(р) + Ог(г) Растворенные в воде вещества могут способствовать проявлению присущих элементам тенденций к образованию катионных или анионных производных, либо тормозить и подавлять их.
Так ионы ОН' \ з способствуют образованию катионных комплексов и, наоборот, препятствуют образованию анионных комплексов. Ионы же ОН препятствуют образованию катианных и способствуют образованию анионных комплексов. (Аналогичную роль играют и другие отрицательные ионы — 015!, Г н пр ) Отношение простых веществ к разбавленным кислотам. Повышение концентрации ионов ОН' отвечает уменыпению отрицательного значе- ния электродного потенциала системы: Н'(р) + с = ЧгНг(г). Поэтому окисление простых веществ за счет выделения водорода в растворах кислот протекает активнее, чем в чистой воде.
К тому же число металлов, взаимодействующих с кислотами резко увеличивается. Избыток ионов ОН' препятствуют образованию гидроксидов, что также способствует переходу металлов в катионные аквакомплексы: Хп(к) + 20Н'(Р) + 2НгО(ж) = [Хп(ОНг)5]г'(Р) + Нг(г) или Хп(к) + НгЯО~(р) = Хп80~(р) + Нг(г) В ряде случаев при взаимодействии простых веществ с кислотами образуются нерастворимые или малорастворимые продукты, тормозя- 262 щие дальнейшее окисление — восстановление. Например, свинец нв растворяется в разбавленных кислотах — серной, соляной и др., так как при взаимодействии с ними на поверхности свинца образуются нерастворимые в ваде осадки РЪБОо РЪС!г и др., предохраняющие его от дальнейшего окисления. Нерастворимые продукты чаще всего образуются при взаимодействии металлов с НгРОо Нг805, НгСОг.
НЕ, НС!5!. Отношение простых веществ к водным растворам щелочей. Поскольку ионы ОН способствуют образованию внионных комплексов, с водными растворами щелочей могут взаимодействовать простые вещества тех элементов, которые склонны к образованию анионных комплексов. Окисление же простых веществ происходит или за счет воды (сопровождается выделением водорода); Хн(к) + 2НгО(ж) + 20Н (р) = ]Хн(ОН)5]г + Нг(г) 8!(к) + НгО(ж) + 2ОН (р) = 810гг (р) + 2Нг(г) или за счет диспропорционирования: С1г(г) + 20Н (р) = С! (р) + С10 (р) + НгО(ж) Понятно, что указанные реакции протекают твм легче, чвм устойчивев образующиеся комплексные анионы.
Так, гидраксокомплексы наиболее устойчивы у Хп(И), А1(И1) и Вв(И), поэтому их простые вещества давольно легко растворяются в водных растворах щелочей. В то же время Гв, Со, Мп и другие вследствие неустойчивости гидраксокомплексов взаимодействукгт с растворами щелочей лишь в мелкораздробленном состоянии н при длительном нагревании. Отнопгение простых веществ к водным растворам более сильных окислителей, чем ОН'. Присущие элементам тенденции к образованию катионных или анионных производных особенно отчетливо проявляются при окислении простых веществ в водных растворах более сильными окислителями, чем вода или ионы ОН'.
Таким болея сильным з. окислитвльным действием, например, обладает азотная кислота. В отличие от многих других кислот она окисляет чаще всего не за счет иона ОН', а за счет аннана !5!О . Характер продуктов восстановления Н15!Ог зависит от ее концентрации и активности простого вещества. Элементы, у которых устойчива низкая степень окисления, прн взаимодействии с Н!5!Оэ образуют аквакомплексы: 0 ~5 Сп + 2НО + 40Н' = (Сп(ОНг)5Р' + 215!Ог 263 или О +5 +г е 2 ЗСи + 2ХО; + 80Н" + 6Н20 = 3[Си(ОН2)б]2" + 2ХО 2ХаВг + С12 = 2ХаС! + Вгг В лаборатории этим методом получают хлор: Си + 4НХОз(конц.) = Си(ХОз)г + 2Х02 + 2Н20 ЗСи + 8НХОз (рааб.) = ЗСи(ХОз)г + 2ХО + 4Н20 Если НХОз концентрированная, то обычно выделяется Х02, если разбавленная — ХО.
Простыв вещества элементов, для которых характерна высокая степень окисления, в розультате взаимодействия с концентрированной НХОз обычно образуют кислородсодержащие кислоты. Азотная кислота при этом восстанавливается до ХО: В + 2НХОз — Н2504 + 2ХО О 45 7 е 2 ЗНе + 7НХОз = ЗННе04 + 7ХО + 2Н20 Подобно азотной кислоте действует на простые вещества н концентрированная серная кислота, которая сама при этом восстанавливается чаще всего до 602: о еб "2 е4 Си + 2Н2804 — — Си504 + 502 + 2Н20 о еб б5 2Р + 5Н2804 = 2НзР04 + 5о802 + 2НгО 2 3.
ПОЛУЧЕНИЕ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ Подавляющее большинство химических элементов на Земле нахо— дится в виде соединений. Простое вещество из сложных можно получить окислением или восстановлением. Окислением получают простые вещества элементов, степени окисления которых в соединениях отрицательны, а восстановлением — простые вещества элементов, проявляющих в соединении положительные степени окисления. Окислительно-восстановительные процессы можно осуществлять либо химическим, либо электрохимическим способом, а также термическим разложением соединений.
Химические методы получения простых вещесттз. Химическое о к и с л е н и е соединений применяется в технике для получения, например, простых веществ таких высокоэлектроотрицательных элементов, как бром и иод: 264 МпО, + 4НС! = С!2 + МпС!2 + 2Н20 При химическом в о с с т а н о в л е н и и в качестве восстановителя чаще всего применяют уголь или оксид углер51да (П). Таким способом получают железо (в доменном процессе), водород и многие цветные металлы (олово, свинец, цинк и пр.): Гез04(к) + 4СО(г) = ЗРе(к) + 4С02(г) Н20(г) + С(к) = СО(г) + Нг(г) В качестве восстановителя применяют также водород.
Восстановление исходного вещества водородом обеспечивает наибольшую чистоту получаемого простого вещества. Восстановление водородом используется, например, для получения вольфрама из Ч202, очень чистого железа из его оксидов. Широкое распространение получили м е т а л л о т е р м и ч е с— к и е методы. В этих методах в качестве восстановителя используются активные металлы, такие, как алюминий, натрий, кальций и др. Ниже приведены некоторые примеры металлотермических реакций: алюмотеРмиЯ: С220з + 2А! = 2Сг + А!гОз магнийтермия: Т!С)4 + 2М8 = Т! + 2М8С!2 натрийтермия: К2ВеГ4 + 2Ха = Ве + 2ХаГ + 2КР Чаще всего получение металлов сводится к восстановлению их оксидов, которые получают соответствующей обработкой природных руд.
Если исходной рудой являются сульфидные минералы, то последние подвергают окислительному обжигу, например: 2ХпЯ + 302 = 2ХпО + 2802 Одним из направлений в металлургии является так называемая хлорная металлургия. В этом методе руды подвергаются хлорированию и нужные элементы извлекаются иэ сырья в виде хлоридов. Хлориды разделяют и в дальнейшем подвергают восстановлению. Таким путем, в частности, получают титан и другие металлы. Методы получения простых веществ, осуществляемые при высоких температурах, называют вирожегааллурщческили. Окисление — восстановление осуществляется при термическом разложении соединений: 2КС)0, = 2КС1 + 302, Хг! = Хг + 212 265 Для получения особо чистых веществ применяют ээнную плавку.
Вещество, например металл в виде - бруска, нагревают в сосуде с одного конца до плавления. Примеси лучше растворимы в расплаве, чем в твердом веществе, поэтому они концентрируются в расплаве. При медленном перемещении источника нагрева вдоль сосуда зона расплавленного металла вместе с примесями также смещается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
