Какие продукты образуются при взаимодействии цинка с разбавленной азотной кислотой
Азотная кислота является одной из самых сильных минеральных кислот, в концентрированном виде выделяет пары
желтого цвета с резким запахом. За исключением золота и платины растворяет все металлы.
Применяют азотную кислоту для получения красителей, удобрений, органических нитропродуктов, серной и фосфорной
кислот. В результате ожога азотной кислотой образуется сухой струп желто-зеленого цвета.
Получение
В промышленности азотную кислоту получают в результате окисления аммиака на платино-родиевых катализаторах.
NH3 + O2 → (кат. Pt) NO + H2O
NO + O2 → NO2
NO2 + H2O + O2 → HNO3
Чистая азотная кислота впервые была получена действием на селитру концентрированной серной кислоты:
KNO3 + H2SO4(конц.) → KHSO4 + HNO3↑
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Термическое разложение
- Реакции с неметаллами
- Реакции с металлами
Является одноосновной сильной кислотой, вступает в реакции с основными оксидами, основаниями. С солями реагирует при условии
выпадения осадка, выделения газа или образования слабого электролита.
CaO + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
Na2CO3 + HNO3 → NaNO3 + H2O + CO2↑
При нагревании азотная кислота распадается. На свету (hv) также происходит подобная реакция, поэтому азотную кислоту следует хранить в
темном месте.
HNO3 → (hv) NO2 + H2O + O2
Азотная кислота способна окислить все неметаллы, при этом, если кислота концентрированная, азот обычно восстанавливается до NO2,
если разбавленная – до NO.
HNO3(конц.) + C → CO2 + H2O + NO2
HNO3(конц.) + S → H2SO4 + NO2 + H2O
HNO3(разб.) + S → H2SO4 + NO + H2O
HNO3(конц.) + P → H3PO4 + NO2 + H2O
В любой концентрации азотная кислота проявляет свойства окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +5 до -3. На какой
именно степени окисления остановится азот, зависит от активности металла и концентрации азотной кислоты.
Для малоактивных металлов (стоящих в ряду напряжений после водорода) реакция с концентрированной азотной кислотой происходит с образованием
нитрата и преимущественно NO2.
Cu + HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
С разбавленной азотной кислотой газообразным продуктом преимущественно является NO.
Cu + HNO3(разб.) → Cu(NO3)2 + NO + H2O
В реакциях с металлами, стоящими левее водорода в ряду напряжений, возможны самые разные газообразные (и не газообразные) продукты: бурый газ NO2,
NO, N2O, атмосферный газ N2, NH4NO3.
Помните о закономерности: чем более разбавлена кислота и активен металл, тем сильнее восстанавливается азот. Ниже представлены реакции цинка
с азотной кислотой в различных концентрациях.
Zn + HNO3(70% – конц.) → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O
Zn + HNO3(35% – ср. конц.) → Zn(NO3)2 + NO + H2O
Zn + HNO3(20% – разб.) → Zn(NO3)2 + N2O + H2O
Zn + HNO3(10% – оч. разб.) → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
Zn + HNO3(3% – оч. разб.) → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
Посмотрите на таблицу ниже, в которой также отражены изученные нами закономерности.
Концентрированная холодная азотная кислота пассивирует хром, железо, алюминий, никель, свинец и бериллий. Это происходит
за счет оксидной пленки, которой покрыты данные металлы.
Al + HNO3(конц.) ⇸ (реакция не идет)
При нагревании или амальгамировании (покрытие ртутью) перечисленных металлов реакция с азотной кислотой идет, так
как оксидная пленка на поверхности металлов разрушается.
Al + HNO3 → (t) Al2O3 + NO2 + H2O
Соли азотной кислоты – нитраты NO3-
Получение
Получают нитраты в ходе реакции азотной кислоты с металлами, их оксидами и основаниями.
Fe + HNO3(разб.) → Fe(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
В реакциях с оксидами и основаниями газообразный продукт обычно не выделяется.
MgO + HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
Cr(OH)3 + HNO3 → Cr(NO3)3 + H2O
Нитрат аммония получают реакция аммиака с азотной кислотой.
NH3 + HNO3 → NH4NO3
Обратите внимание на следующую закономерность: концентрированная азотная кислота, как правило, окисляет железо и хром до +3. Разбавленная
кислота – до +2.
Fe + HNO3(разб.) → Fe(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
Fe + HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + NO + H2O
Химические свойства
- Реакции с металлами, основаниями и кислотами
- Разложение нитратов
Как и для всех солей, из нитратов можно вытеснить металл другим более активным. Соли реагируют с основаниями и кислотами, если в результате
реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).
Hg(NO3)2 + Mg → Mg(NO3)2 + Hg
Pb(NO3)2 + LiOH → Pb(OH)2 + LiNO3
AgNO3 + KCl → AgCl↓ + KNO3
Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4 + NaNO3
Нитраты разлагаются в зависимости от активности металла, входящего в их состав.
Pb(NO3)2 → (t) PbO + NO2 + O2
NaNO3 → (t) NaNO2 + O2
Cu(NO3)2 → (t) CuO + NO2 + O2
PtNO3 → (t) Pt + NO2 + O2
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Цинк – элемент IIБ подгруппы четвертого периода. Цинк относится к семейству d-элементов, поскольку электронное строение цинка отражается конфигурацией (см.рис. справа).
Конфигурация $d^{10}$ является устойчивой, и в образовании химической связи участвуют лишь внешние электроны $4s$-подуровня, поэтому характерная степень окисления цинка- (+2).
Нахождение в природе
В природе встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является цинковая обманка. Основной компонент цинковой обманки – сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы цинка:
смитсонит (цинковый шпат) $ZnCO3$;
цинкит $ZnO$;
каламин $2ZnO cdot SiO_2 cdot Н_2O$.
Получение цинка
Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации (осаждение) или флотации (прилипание к пузырькам воздуха и всплывание в виде пены), затем ее обжигают до образования оксидов:
$2ZnS + 3O_2 = 2ZnO + 2SO_2$
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.
Физические свойства
В чистом виде – довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем “крик олова”). При 100-150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Температура плавления – 692°C, температура кипения – 1180°C
Химические свойства
Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства. Так же как и хром, используется для нанесения антикоррозионных покрытий (“цинкование” кузова автомобиля).
1.Взаимодействие с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
$2Zn + O_2 xrightarrow[]{t, ^circ C} 2ZnO$
При поджигании энергично реагирует с серой:
$Zn + S = ZnS$
С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:
$Zn + Cl_2 xrightarrow[]{H_2O} ZnCl_2$
При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:
$3Zn + 2P = Zn_3P_2$
С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.
2. Взаимодействие с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
$Zn + H_2O xrightarrow[]{t, ^circ C} ZnO + H_2uparrow$
3. Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:
$Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2uparrow$
$Zn + H_2SO_4 = ZnSO_4 + H_2uparrow$
Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония (или азот $N_2$ или веселящий газ$N_2O$ в зависимости от концентрации кислоты):
$4Zn + 10HNO_{3textrm{ (разб., гор.)}}= 4Zn(NO_3)_2 + N_2Ouparrow + 5H_2O$
$4Zn + 10HNO_{3textrm{ (оч.разб., гор.)}} = 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$
Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:
$Zn + 2H2SO_{4textrm{ (конц.)}} = ZnSO_4 + SO_2uparrow + 2H_2O$
$Zn + 4HNO_{4textrm{ (конц.)}} = Zn(NO_3)_2 + 2NO_2uparrow + 2H_2O$
4. Взаимодействие со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием растворимых гидроксокомплексов:
$Zn + 2NaOH + 2H_2O = Na_2[Zn(OH)_4] + H_2$
при сплавлении образует цинкаты:
$Zn + 2KOH = K_2ZnO_2 + H_2$
5. Взаимодействие с оксидами и солями
Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:
$Zn + CuSO_4 = Cu + ZnSO_4$
$Zn + CuO = Cu + ZnO$
6. Взаимодействие с аммиаком
С газообразным аммиаком при высокой температуре образует нитрид цинка:
$3Zn + 2NH_{3 textrm{(г.)}} xrightarrow[]{550-600 ^circ C} Zn_3N_2 + 3H_2$
В водном растворе аммиака цинк растворяется с образованием гидроксида тетраамминцинка:
$Zn + 4NH_3 + 2H_2O = [Zn(NH_3)_4](OH)_2 + H_2$
Соединения цинка
Оксид цинка (II)
Оксид цинка (II) ZnO – белые кристаллы, при нагревании приобретают желтую окраску.
При температуре выше $1000^0C$ восстанавливается до металлического цинка типичными восстановителями (углеродом, угарным газом и водородом):
$ZnO + C = Zn + CO$
$ZnO + CO = Zn + CO_2$
$ZnO + H_2 = Zn + H_2O$
С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей:
$ZnO + 2HCl = ZnCl_2 + H2O$
$ZnO + 2NaOH + H_2O = Na_2[Zn(OH)_4]$
При сплавлении с щелочами (и основными окисдами) образует цинкаты:
$ZnO + 2NaOH xrightarrow[]{t, ^circ C} Na_2ZnO_2$
$ZnO + CaO = CaZnO_2$
При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом:
$2ZnO + SiO2 = Zn_2SiO_4$
$ZnO + B_2O_3 = Zn(BO_2)_2$
Гидроксид цинка (II)
Гидроксид цинка $Zn(OH)_2$ – бесцветное кристаллическое или аморфное вещество, существует в пяти полиморфных модификациях, нерастворимо в воде. Получают взаимодействием солей цинка с растворами щелочей: при этом гидроксид цинка выпадает в виде желеообразного белого осадка.
При температуре выше $125^0C$ разлагается:
$Zn(OH)_2 = ZnO + H_2O$
Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах:
$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 = ZnSO_4 + 2H_2O$
$Zn(OH)_2 + 2NaOH = Na_2[Zn(OH)_4]$
также легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка:
$Zn(OH)_2 + 4NH_3 = [Zn(NH_3)_4](OH)_2$
Источник
Химические свойства меди
Медь (Cu) относится к d-элементам и расположена в IB группе периодической таблицы Д.И.Менделеева. Электронная конфигурация атома меди в основном состоянии записывается виде 1s22s22p63s23p63d104s1 вместо предполагаемой формулы 1s22s22p63s23p63d94s2. Другими словами, в случае атома меди наблюдается так называемый «проскок электрона» с 4s-подуровня на 3d-подуровень. Для меди, кроме нуля, возможны степени окисления +1 и +2. Степень окисления +1 склонна к диспропорционированию и стабильна лишь в нерастворимых соединениях типа CuI, CuCl, Cu2O и т. д., а также в комплексных соединениях, например, [Cu(NH3)2]Cl и [Cu(NH3)2]OH. Соединения меди в степени окисления +1 не имеют конкретной окраски. Так, оксид меди (I) в зависимости от размеров кристаллов может быть темно-красный (крупные кристаллы) и желтый (мелкие кристаллы), CuCl и CuI — белыe, а Cu2S — черно-синий. Более химически устойчивой является степень окисления меди, равная +2. Соли, содержащие медь в данной степени окисления, имеют синюю и сине-зеленую окраску.
Медь является очень мягким, ковким и пластичным металлом с высокой электро- и теплопроводностью. Окраска металлической меди красно-розовая. Медь находится в ряду активности металлов правее водорода, т.е. относится к малоактивным металлам.
Взаимодействие с простыми веществами
с кислородом
В обычных условиях медь с кислородом не взаимодействует. Для протекания реакции между ними требуется нагрев. В зависимости от избытка или недостатка кислорода и температурных условий может образовать оксид меди (II) и оксид меди (I):
с серой
Реакция серы с медью в зависимости от условий проведения может приводить к образованию как сульфида меди (I), так и сульфида меди (II). При нагревании смеси порошкообразных Cu и S до температуры 300-400оС образуется сульфид меди (I):
При избытке серы и проведении реакции при температуре более 400оС образуется сульфид меди (II). Однако, более простым способом получения сульфида меди (II) из простых веществ является взаимодействие меди с серой, растворенной в сероуглероде:
Данная реакция протекает при комнатной температуре.
с галогенами
С фтором, хлором и бромом медь реагирует, образуя галогениды с общей формулой CuHal2, где Hal – F, Cl или Br:
Cu + Br2 = CuBr2
В случае с йодом — самым слабым окислителем среди галогенов — образуется иодид меди (I):
С водородом, азотом, углеродом и кремнием медь не взаимодействует.
Взаимодействие со сложными веществами
с кислотами-неокислителями
Кислотами-неокислителями являются практически все кислоты, кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. Поскольку кислоты-неокислители в состоянии окислить только металлы, находящиеся в ряду активности до водорода; это означает, что медь с такими кислотами не реагирует.
с кислотами-окислителями
— концентрированной серной кислотой
С концентрированной серной кислотой медь реагирует как при нагревании, так и при комнатной температуре. При нагревании реакция протекает в соответствии с уравнением: 
Поскольку медь не является сильным восстановителем, сера восстанавливается в данной реакции только до степени окисления +4 (в SO2).
— с разбавленной азотной кислотой
Реакция меди с разбавленной HNO3 приводит к образованию нитрата меди (II) и монооксида азота:
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
— с концентрированной азотной кислотой
Концентрированная HNO3 легко реагирует с медью при обычных условиях. Отличие реакции меди с концентрированной азотной кислотой от взаимодействия с разбавленной азотной кислотой заключается в продукте восстановления азота. В случае концентрированной HNO3 азот восстанавливается в меньшей степени: вместо оксида азота (II) образуется оксид азота (IV), что связано с большей конкуренцией между молекулами азотной кислоты в концентрированной кислоте за электроны восстановителя (Cu):
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
с оксидами неметаллов
Медь реагирует с некоторыми оксидами неметаллов. Например, с такими оксидами, как NO2, NO, N2O медь окисляется до оксида меди (II), а азот восстанавливается до степени окисления 0, т.е. образуется простое вещество N2:
В случае диоксида серы, вместо простого вещества (серы) образуется сульфид меди(I). Связано это с тем, что медь с серой, в отличие от азота, реагирует:
с оксидами металлов
При спекании металлической меди с оксидом меди (II) при температуре 1000-2000 оС может быть получен оксид меди (I):
Также металлическая медь может восстановить при прокаливании оксид железа (III) до оксида железа (II):
с солями металлов
Медь вытесняет менее активные металлы (правее нее в ряду активности) из растворов их солей:
Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag↓
Также имеет место интересная реакция, в которой медь растворяется в соли более активного металла – железа в степени окисления +3. Однако противоречий нет, т.к. медь не вытесняет железо из его соли, а лишь восстанавливает его со степени окисления +3 до степени окисления +2:
Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4
Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2
Последняя реакция используется при производстве микросхем на стадии травления медных плат.
Коррозия меди
Медь со временем подвергается коррозии при контакте с влагой, углекислым газом и кислородом воздуха:
2Cu + H2O + СО2 + О2 = (CuOН)2СO3
В результате протекания данной реакции медные изделия покрываются рыхлым сине-зеленым налетом гидроксокарбоната меди (II).
Химические свойства цинка
Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)2 обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.
Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:
2Zn + H2O + O2 + CO2 → Zn2(OH)2CO3
Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:
При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.
Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:
Zn + H2SO4 (20%) → ZnSO4 + H2↑
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.
При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:
Zn + H2O = ZnO + H2↑
Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.
Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.
Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:
Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Zn + 8HNO3(40%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
4Zn +10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
5Zn + 12HNO3(6%) = 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O
4Zn + 10HNO3(0,5%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.
Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Zn + Ba(OH)2 + 2H2O = Ba[Zn(OH)4] + H2↑
С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:
В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:
4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O → 4Na2[Zn(OH)4] + NH3↑
Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:
Zn + 4NH3·H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2↑ + 2H2O
Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:
Zn + CuCl2 = Cu + ZnCl2
Zn + FeSO4 = Fe + ZnSO4
Химические свойства хрома
Хром — элемент VIB группы таблицы Менделеева. Электронная конфигурация атома хрома записывается как 1s 22s 22p 63s 23p63d54s1, т.е. в случае хрома, также как и в случае атома меди, наблюдается так называемый «проскок электрона»
Наиболее часто проявляемыми степенями окисления хрома являются значения +2, +3 и +6. Их следует запомнить, и в рамках программы ЕГЭ по химии можно считать, что других степеней окисления хром не имеет.
При обычных условиях хром устойчив к коррозии как на воздухе, так и в воде.
Взаимодействие с неметаллами
с кислородом
Раскаленный до температуры более 600 oС порошкообразный металлический хром сгорает в чистом кислороде образуя окcид хрома (III):
4Cr + 3O2 =ot=> 2Cr2O3
с галогенами
С хлором и фтором хром реагирует при более низких температурах, чем с кислородом (250 и 300 oC соответственно):
2Cr + 3F2 =ot=> 2CrF3
2Cr + 3Cl2 =ot=> 2CrCl3
С бромом же хром реагирует при температуре красного каления (850-900 oC):
2Cr + 3Br2 =ot=> 2CrBr3
с азотом
С азотом металлический хром взаимодействует при температурах более 1000 oС:
2Cr + N2 =ot=> 2CrN
с серой
С серой хром может образовывать как сульфид хрома (II) так и сульфид хрома (III), что зависит от пропорций серы и хрома:
Cr + S =ot=> CrS
2Cr + 3S =ot=> Cr2S3
С водородом хром не реагирует.
Взаимодействие со сложными веществами
Взаимодействие с водой
Хром относится к металлам средней активности (расположен в ряду активности металлов между алюминием и водородом). Это означает, что реакция протекает между раскаленным до красного каления хромом и перегретым водяным паром:
2Cr + 3H2O =ot=> Cr2O3 + 3H2↑
Взаимодействие с кислотами
Хром при обычных условиях пассивируется концентрированными серной и азотной кислотами, однако, растворяется в них при кипячении, при этом окисляясь до степени окисления +3:
Cr + 6HNO3(конц.) =to=> Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
2Cr + 6H2SO4(конц) =to=> Cr2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
В случае разбавленной азотной кислоты основным продуктом восстановления азота является простое вещество N2:
10Cr + 36HNO3(разб) = 10Cr(NO3)3 + 3N2↑ + 18H2O
Хром расположен в ряду активности левее водорода, а это значит, что он способен выделять H2 из растворов кислот-неокислителей. В ходе таких реакций в отсутствие доступа кислорода воздуха образуются соли хрома (II):
Cr + 2HCl = CrCl2 + H2↑
Cr + H2SO4(разб.) = CrSO4 + H2↑
При проведении же реакции на открытом воздухе, двухвалентный хром мгновенно окисляется содержащимся в воздухе кислородом до степени окисления +3. При этом, например, уравнение с соляной кислотой примет вид:
4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O
При сплавлении металлического хрома с сильными окислителями в присутствии щелочей хром окисляется до степени окисления +6, образуя хроматы:
Химические свойства железа
Железо Fe, химический элемент, находящийся в VIIIB группе и имеющий порядковый номер 26 в таблице Менделеева. Распределение электронов в атоме железа следующее 26Fe1s22s22p63s23p63d64s2, то есть железо относится к d-элементам, поскольку заполняемым в его случае является d-подуровень. Для него наиболее характерны две степени окисления +2 и +3. У оксида FeO и гидроксида Fe(OH)2 преобладают основные свойства, у оксида Fe2O3 и гидроксида Fe(OH)3 заметно выражены амфотерные. Так оксид и гидроксид железа (lll) в некоторой степени растворяются при кипячении в концентрированных растворах щелочей, а также реагируют с безводными щелочами при сплавлении. Следует отметить что степень окисления железа +2 весьма неустойчива, и легко переходит в степень окисления +3. Также известны соединения железа в редкой степени окисления +6 – ферраты, соли не существующей «железной кислоты» H2FeO4. Указанные соединения относительно устойчивы лишь в твердом состоянии, либо в сильнощелочных растворах. При недостаточной щелочности среды ферраты довольно быстро окисляют даже воду, выделяя из нее кислород.
Взаимодействие с простыми веществами
С кислородом
При сгорании в чистом кислороде железо образует, так называемую, железную окалину, имеющую формулу Fe3O4 и фактически представляющую собой смешанный оксид, состав которого условно можно представить формулой FeO∙Fe2O3. Реакция горения железа имеет вид:
3Fe + 2O2 =to=> Fe3O4
С серой
При нагревании железо реагирует с серой, образуя сульфид двухвалентого железа:
Fe + S =to=> FeS
Либо же при избытке серы дисульфид железа:
Fe + 2S =to=> FeS2
С галогенами
Всеми галогенами кроме йода металлическое железо окисляется до степени окисления +3, образуя галогениды железа (lll):
2Fe + 3F2 =to=> 2FeF3 – фторид железа (lll)
2Fe + 3Cl2 =to=> 2FeCl3 – хлорид железа (lll)
2Fe + 3Br2 =to=> 2FeBr3 – бромид железа (lll)
Йод же, как наиболее слабый окислитель среди галогенов, окисляет железо лишь до степени окисления +2:
Fe + I2 =to=> FeI2 – йодид железа (ll)
Следует отметить, что соединения трехвалентного железа легко окисляют иодид-ионы в водном растворе до свободного йода I2 при этом восстанавливаясь до степени окисления +2. Примеры, подобных реакций из банка ФИПИ:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O
Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3H2O
С водородом
Железо с водородом не реагирует (с водородом из металлов реагируют только щелочные металлы и щелочноземельные):
Взаимодействие со сложными веществами
Взаимодействие с кислотами
С кислотами-неокислителями
Так как железо расположено в ряду активности левее водорода, это значит, что оно способно вытеснять водород из кислот-неокислителей (почти все кислоты кроме H2SO4 (конц.) и HNO3 любой концентрации):
Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4 + H2↑
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
Нужно обратить внимание на такую уловку в заданиях ЕГЭ, как вопрос на тему того до какой степени окисления окислится железо при действии на него разбавленной и концентрированной соляной кислоты. Правильный ответ – до +2 в обоих случаях.
Ловушка здесь заключается в интуитивном ожидании более глубокого окисления железа (до с.о. +3) в случае его взаимодействия с концентрированной соляной кислотой.
Взаимодействие с кислотами-окислителями
С концентрированными серной и азотной кислотами в обычных условиях железо не реагирует по причине пассивации. Однако, реагирует с ними при кипячении:
2Fe + 6H2SO4 = ot=> Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 =ot=> Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Обратите внимание на то, что разбавленная серная кислота окисляет железо до степени окисления +2, а концентрированная до +3.
Коррозия (ржавление) железа
На влажном воздухе железо весьма быстро подвергается ржавлению:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
С водой в отсутствие кислорода железо не реагирует ни в обычных условиях, ни при кипячении. Реакция с водой протекает лишь при температуре выше температуры красного каления (>800 оС). т.е.:
Источник