Επίδραση των οξέων στα μέταλλα και το μάρμαρο

Transcript

1 Επίδραση των οξέων στα μέταλλα και το μάρμαρο Επίδραση των οξέων στα μέταλλα Τα μέταλλα που είναι πιο δραστικά από το υδρογόνο (εκτός από το Pb) αντικαθιστούν το υδρογόνο στα οξέα (με εξαίρεση το HNO 3 και το πυκνό Η 2 SO 4 ) απελευθερώνοντας αέριο υδρογόνο. Σειρά δραστικότητας των μετάλλων Li>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Sn>Pb>H 2 >Cu>Hg> Ag>Pt>Au Τρείς δοκιμαστικοί σωλήνες και στατώ 1. Ρινίσματα (ή τεμάχιο) ψευδαργύρου (Zn) 2. Ρινίσματα (ή σκόνη) σιδήρου (Fe) 3. Ρινίσματα (ή σύρμα) χαλκού (Cu) 4. Υδροχλωρικό οξύ (HCl) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1) Βάζουμε σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα 2-3ml από το διάλυμα του υδροχλωρίου. 2) Ρίχνουμε στους δύο πρώτους δοκιμαστικούς σωλήνες λίγα ρινίσματα Zn και Fe από το κάθε μέταλλο αντίστοιχα και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας: 3) Στον τρίτο δοκιμαστικό σωλήνα ρίχνουμε μερικά ρινίσματα Cu και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας: Παρατηρήσεις: 1) Με προσθήκη του οξέος στο ψευδάργυρο και τον σίδηρο παρατηρούμε αφρισμό που συνοδεύεται από ελαφρύ συριγμό. Ο αφρισμός οφείλεται στην παραγωγή αερίου υδρογόνου. Η αντίδραση είναι περισσότερο έντονη με τον ψευδάργυρο. 2) Την ίδια αντίδραση δίνει εξ ίσου εύκολα και το Mg. 3) Στο σχολικό εργαστήριο συχνά υπάρχει Al σε σκόνη. Δεν εξυπηρετεί να το χρησιμοποιήσουμε σ αυτό το πείραμα γιατί το Al όπως και το Cr όταν προσβάλλονται από οξέα μεταπίπτουν σε παθητική κατάσταση, δηλ. καλύπτονται επιφανειακά από ένα στρώμα οξειδίου, και δεν αντιδρούν έντονα, όπως απαιτεί η θέση τους στη σειρά δραστικότητας. 4) Δεν χρησιμοποιούμε HNO 3 ή άλλο οξειδωτικό οξύ σ αυτό το πείραμα γιατί παρατηρούνται άλλα χημικά φαινόμενα. Ο Fe για παράδειγμα στο HNO 3 δε διαλύεται, γιατί καλύπτεται από λεπτή προστατευτική στιβάδα από αέριο υδρογόνο. 1

2 Η αντίδραση των οξέων με το μάρμαρο Α) Επίδραση υδροχλωρικού οξέος σε μάρμαρο Το ανθρακικό αλάτι του ασβεστίου διασπάται από αραιά οξέα με έκλυση αερίου διοξειδίου του άνθρακα: CaCO 3 (s) + 2 HCl(aq) CaCl 2 (aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) Όταν διοξείδιο του άνθρακα διαβιβάζεται σε διαυγές ασβεστόνερο τότε αυτό θολώνει. Αυτό το θόλωμα μας επιτρέπει να συμπεράνουμε ότι το αέριο που παράγεται κατά την αντίδραση είναι το διοξείδιο του άνθρακα. 1. Κωνική φιάλη με απαγωγό, ελαστικό πώμα και ελαστικό σωλήνα 2. Δύο ποτήρια ζέσεως, ένα των 250ml και ένα των 100ml 1. Μικρά κομμάτια μάρμαρου 2. Υδροχλωρικό οξύ (HCl) 3,65% w/v 3. Διαυγές ασβεστόνερο (διάλυμα Ca(OH) 2 ) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1) Ρίχνουμε 5-6 κομμάτια μαρμάρου μέσα στην κωνική φιάλη. 2) Γεμίζουμε με 40-50ml υδροχλωρικού οξέος το μικρό ποτήρι ζέσεως. 3) Βάζουμε διαυγές ασβεστόνερο στο μεγάλο ποτήρι ζέσεως και προσαρμόζουμε το ένα άκρο του ελαστικού σωλήνα στην άκρη του απαγωγού της κωνικής φιάλης και βυθίζουμε το άλλο άκρο του μέσα στο ασβεστόνερο. 4) Ρίχνουμε το περιεχόμενο του μικρού ποτηριού ζέσεως μέσα στην κωνική φιάλη και αμέσως την κλείνουμε με το ελαστικό πώμα. 5) Παρατηρούμε τι συμβαίνει μέσα στη φιάλη καθώς και στο ποτήρι με το ασβεστόνερο. Καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας: Παρατηρήσεις: Αν πλησιάσουμε αναμμένο κερί στο στόμιο του σωλήνα από το οποίο εξέρχεται το παραγόμενο CO 2 η φλόγα του κεριού σβήνει, γιατί το CO 2 δεν συντηρεί την καύση. Το CO 2 σαν όξινο οξείδιο αντιδρά με τη βάση Ca(OH) 2 σχηματίζοντας ανθρακικό ασβέστιο που είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό. Το ασβεστόνερο θολώνει. 2

3 Συνεχίζοντας την διοχέτευση διοξειδίου του άνθρακα το ανθρακικό ασβέστιο μετατρέπεται σε όξινο ανθρακικό ασβέστιο Ca(HCO 3 ) 2 που είναι ευδιάλυτο στο νερό, και έτσι το θολωμένο ασβεστόνερο διαυγάζει. Η αμφίδρομη αντίδραση μεταξύ CaCO 3 και Ca(HCO 3 ) 2 δημιούργησε συν τω χρόνω τους σταλακτίτες και σταλαγμίτες στα σπήλαια. Β) Επίδραση ξυδιού σε μαγειρική σόδα Τα οξέα διασπούν τα ανθρακικά άλατα (Na 2 CO 3, NaHCO 3, CaCO 3 ) με ταυτόχρονη έκλυση CO 2. Π.χ.: CH 3 COOH + NaHCO 3 CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 1. Κύλινδρος συλλογής αερίων 2. Κερί και αναπτήρας 1. Ξύδι 2. Μαγειρική σόδα (NaHCO 3 ) ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Ρίχνουμε 2-3 κουταλιές μαγειρικής σόδας στον κύλινδρο συλλογής αερίων. Προσθέτουμε 20-30ml ξιδιού και παρατηρούμε τον έντονο αφρισμό λόγω της παραγωγής του CO 2. Ανάβουμε το κερί και το βυθίζουμε μέσα στον κύλινδρο συλλογής αερίων. Παρατηρούμε ότι η φλόγα του κεριού σβήνει μιας και το CO 2 δεν μπορεί να συντηρήσει την καύση. Το CO 2 είναι βαρύτερο του αέρα και παραμένει εγκλωβισμένο μέσα στον κύλινδρο συλλογής αερίων. 3

4 Γ) Παρασκευή διαυγούς ασβεστόνερου 1. Δύο ποτήρια ζέσεως των 250ml 2. Γυάλινο χωνί, μεταλλικός δακτύλιος και ορθοστάτης 3. Γυάλινη ράβδος ανάδευσης και πλαστικό κουταλάκι 4. Διηθητικό χαρτί και ψαλίδι 5. Υδροβολέας Άσβεστος άσβεστης (CaO) Παρασκευή: 1) Βάζουμε 200ml νερού σε ένα ποτήρι ζέσεως των 250ml και προσθέτουμε μισή κουταλιά του γλυκού άσβεστο άσβεστη (CaO) 2) Αναδεύουμε με τη γυάλινη ράβδο και στη συνέχεια αφήνουμε το διάλυμα σε ηρεμία, ώστε να καθιζάνει. 3) Διηθούμε το περιεχόμενο του ποτηριού ζέσεως. Αν χρειαστεί διηθούμε το διάλυμα και για δεύτερη φορά. 4) Το διαυγές ασβεστόνερο είναι έτοιμο. Το διήθημα είναι αραιό διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου γιατί η συγκεκριμένη βάση είναι εξαιρετικά δυσδιάλυτη. 4

5 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Σειρές δραστικότητας στοιχείων Οι σειρές δραστικότητας των στοιχείων αποτελούν έναν πρακτικό τρόπο, για να διαπιστώσουμε αν μπορεί να γίνει μία αντίδραση απλής αντικατάστασης. Στη βιβλιογραφία δίνονται δύο βασικές σειρές δραστικότητας: μία για τα μέταλλα, όπου συμπεριλαμβάνεται και το υδρογόνο ως ηλεκτροθετικό στοιχείο, και μία για τα αμέταλλα. Σειρά δραστικότητας των μετάλλων Στη σειρά αυτή, επειδή τα μέταλλα και το υδρογόνο δρουν ως αναγωγικά, τα στοιχεία κατατάσσονται με βάση τη σχετική ισχύ τους ως αναγωγικά. Στη σειρά, που δίνεται παραπλεύρως, η σχετική αναγωγική ισχύς των στοιχείων ελαττώνεται από πάνω προς τα κάτω. Κατά συνέπεια: Κάθε μέταλλο μπορεί να αντικαταστήσει στις ενώσεις τους μόνον όσα στοιχεία βρίσκονται κάτω από αυτό. Όλα τα μέταλλα (εκτός από το Pb) πριν το υδρογόνο αντικαθιστούν το υδρογόνο στα οξέα (με εξαίρεση το HNO 3 και το πυκνό Η 2 SO 4 ). Τα πιο ηλεκτροθετικά μέταλλα (Li, K, Ba, Sr, Ca, Na) αντικαθιστούν το υδρογόνο στο νερό σχηματίζοντας τα αντίστοιχα υδροξείδια. Ορισμένα λιγότερο ηλεκτροθετικά μέταλλα (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd) αντιδρούν μόνο με υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία σχηματίζοντας τα αντίστοιχα οξείδια. Τα υπόλοιπα μέταλλα δεν αντιδρούν ούτε με το νερό ούτε με υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία. Σειρά δραστικότητας των αμετάλλων Στη σειρά αυτή, επειδή τα περισσότερα αμέταλλα (σε αντίθεση με τα μέταλλα και το Η 2 ) δρουν οξειδωτικά, τα στοιχεία κατατάσσονται με βάση τη σχετική ισχύ τους ως οξειδωτικά: 5

6 Στην παραπάνω σειρά η οξειδωτική ισχύς των αμετάλλων ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Επομένως, κάθε αμέταλλο μπορεί να αντικαταστήσει (να οξειδώσει), στις διάφορες ενώσεις τους, όσα στοιχεία βρίσκονται δεξιότερα από αυτό. Για παράδειγμα, το βρώμιο μπορεί να αντικαταστήσει το ιώδιο σε ενώσεις του, το αντίθετο όμως δε γίνεται, π.χ.: Br 2 (l) + 2KI(aq) 2KBr(aq) + I 2 (s) Ι 2 (s) + 2ΝαBr(aq) δεν γίνεται Παρατήρηση: Δύο τεχνάσματα, που μπορούν να διευκολύνουν την απομνημόνευση των παραπάνω σειρών δραστικότητας, όταν βέβαια και εφόσον αυτό κρίνεται απαραίτητο, είναι τα εξής: για τη σειρά δραστικότητας των μετάλλων η φράση: και για τη σειρά των αμετάλλων η λέξη (λίγο ανορθόγραφα γραμμένη δυστυχώς): 6