Не реагирует с Al, Cr, Fe, Au, Pt (пассивация Ме)

Примеры:

4Ca + 5H₂SO₄ (конц) = 4CaSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ (конц) = 3ZnSO₄ + S↓ + 4H₂O

Cu + 2H₂SO₄ (конц) = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

6) Взаимодействие со щелочами

Некоторые металлы (Be, Al, Zn, Sn, Pb, Cr), которым соответствуют амфотерные оксиды и гидроксиды, взаимодействуют с растворами щелочей:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Гальванический элемент

Химические процессы, которые сопровождаются возникновением электрического тока или сами вызываются им, называют электрохимическими.

Все электрохимические процессы можно разделить на две группы:

1) Процессы превращения химической энергии в электрическую (в гальванических элементах)

2) Процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз).

Гальванический элемент – это устройство, в котором на основе окислительно-восстановительных реакций получают электрический ток, т.е. химическая энергия реакции превращается в энергию электрического тока. В качестве примера рассмотрим гальванический элемент Даниэля – Якоби (медно-цинковый гальванический элемент).

Гальванический элемент Даниэля – Якоби

А) с изолированными растворами

Б) с растворами, соприкасающимися друг с другом

Элемент состоит из цинковой пластинки, опущенной в раствор сульфата цинка, и медной пластинки, опущенной в раствор сульфата меди (II). Растворы солей соединены между собой трубочкой, заполненной раствором KCl (так называемый электролитический ключ) если находятся в разных сосудах (А) или разделены пористой перегородкой, если находятся в одном сосуде (Б). Система, состоящая из металла, погруженного в раствор или расплав электролита, называется электродом.

На электроде из цинка, который погружен в раствор соли сульфата цинка, происходит окисление атомов цинка в ионы (растворение цинка):

Zn – 2e → Zn²⁺

При этом электроны поступают во внешнюю цепь. Цинк является источником электронов. На медном электроде, погруженном в раствор сульфата меди, происходит восстановление ионов меди, которые осаждаются на электроде:

Cu²⁺ + 2e → Cu

Электрод, на котором протекает процесс окисления – анод (А), а на котором протекает процесс восстановления – катод (К).

Схема гальванического элемента следующая:

А (-) Zn│ Zn²⁺ ││ Cu²⁺ │ Cu (+) К

Одна вертикальная черта означает границу между электродом и раствором, две вертикальные линии – границу между растворами, в скобках указываются знаки полюсов, причем анод записывается слева, а катод справа.

Суммарное уравнение получим, сложив оба уравнения:

А (-):Zn – 2e → Zn²⁺ 2 1

К (+)Cu²⁺ + 2e → Cu 2 1

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

В молекулярной форме: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Между электродами в гальваническом элементе существует разность потенциалов, которая называется электродвижущей силой гальванического элемента (ЭДС). Рассчитывается по следующей формуле:

ЭДС = Е_катода - Е_анода,

где Е_катода, Е_анода электродные потенциалы катода и анода соответственно.

В гальваническом элементе Вольта электроды помещаются в кислоту, например А (-) Zn│ Н₂ SO₄ │ Cu (+) К.На аноде идет окисление Ме, а на катоде восстанавливаются ионы водорода:

А (-):Zn – 2e → Zn²⁺

К (+)2Н⁺ + 2e → Н₂

Гальванический элемент, составленный из одинаковых Ме, контактирующих с растворами солей разной концентрации, называется концентрационным. Анод – электрод, опущенный в раствор своей соли с меньшей концентрацией, катод – с большей концентрацией.

Пример. Гальванический элемент состоит из висмутового и медного, электродов, опущенных в растворы своих солей с концентрациями ионов C = 0,001 моль/л, С = 0,01 моль/л. Вычислите ЭДС гальванического элемента, составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов.

Так как концентрации ионов в растворах не являются стандартной величиной, определим электродные потенциалы металлов по уравнению Нернста:

Висмут в данном случае имеет меньший электродный потенциал и является анодом (А), медь имеет больший электродный потенциал и является катодом (К).

Электродвижущая сила данного элемента равна: .

Запишем электронные уравнения электродных процессов

А: Bi - 3ē ® Bi³⁺ 2

K: Cu²⁺ + 2ē ® Cu 3

т.е. висмут, являясь анодом, растворяется при работе гальванического элемента, а медь осаждается в виде металла на катоде.

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента имеет вид:

2Bi + 3Cu²⁺ ® 2Bi³⁺ + 3 Cu

Схема данного гальванического элемента будет следующая:

А (-) Bi / Bi³⁺ ïï Cu²⁺/Cu (+) K