Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

Правда, дальнейшее действие кислоты будет уже лишено «фантастических» особенностей и укладывается в обычную схему:

гидроксид металла + кислота = соль + вода или

Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2Н2O.

6.8. ПАТРОНЫ СВЕЖЕГО ВОЗДУХА

Герои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли KClO3, а для поглощения углекислого газа (диоксида углерода CO2) — гидроксид натрия NaOH. Каким способом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли) образующийся при дыхании людей углекислый газ?

Разложение при нагревании триоксохлората калия KClO3 (бертолетовой соли) протекает с выделением кислорода O2:

2КСlO3 = 2КСl + 3O2↑,

а поглощение диоксида углерода CO2 (углекислого газа) гидроксидом натрия приводит к образованию карбоната натрия Na2CO3:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.

В современных системах регенерации дыхательного воздуха и удаление CO2, и возмещение убыли O2 совмещены в одном процессе, протекающем без энергетических затрат:

2Na2O2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + O2↑,

4NaO2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + 3O2↑.

В первом случае используют пероксид натрия Na2O2, а во втором — надпероксид натрия NaO2.

6.9. МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ АКТИВНОСТЬ

При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑.

Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?

Общеизвестно, что и ртуть Hg, и медь Cu взаимодействуют с кислотами-окислителями, например с концентрированной серной H2SO4 и азотной HNO3. При этом выделяется не водород, а оксиды серы (SO2) или азота (NO2):

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2Н2O,

Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2↑ + 2Н2O.

Из кислот-неокислителей — разбавленной серной, хлороводородной и других — ртуть и медь не вытесняют водород, так как эти металлы в электрохимическом ряду напряжений стоят правее водорода и имеют положительный электродный потенциал. Однако выделение водорода все же будет наблюдаться, если взять для реакции бромистоводородную HBr или иодистоводородную HI кислоту:

2Cu + 4HBr = 2H[CuBr2] + H2↑,

Hg + 4HI = H2[HgI4] + H2↑.

Обратите внимание на продукты реакции: в обоих случаях получаем достаточно устойчивые комплексные соединения — дибромокупрат водорода H[CuBr2] и тетраиодомеркурат водорода H2[HgI4]; катионы меди Cu+ и ртути Hg2+ в растворе оказываются в ничтожно малой концентрации, и электродный потенциал металла в таких условиях становится отрицательным.

А если комплексообразующий реагент приводит к образованию очень устойчивых комплексов, то выделение водорода может наступить и при взаимодействии с водой. Так, в присутствии цианид-ионов CN~ медь превращается в дицианокупратный комплекс KfCu(CN)2], восстанавливая водород из воды:

2Cu + 4KCN + 2Н2O = 2K[Cu(CN)2] + 2КОН + H2↑.

Учтем также, что электродный потенциал меди в неводной среде может сильно отличаться от обычного значения. Например, в ацетонитриле CH3CN он становится равным не +0,34 В (как в воде), а -0,28 В. Поэтому медь вытесняет водород из хлороводородной кислоты HCl в ацетонитрильном растворе, превращаясь в этих условиях в хлорид меди CuCl:

2Cu + 2HCl = 2CuCl + H2↑.

6.10. НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ ХЛОРИДА НАТРИЯ

Известно, что соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу. Всегда ли это так?

Если вести процесс гидролиза хлорида натрия NaCl в жестких условиях — при температуре 500° C и давлении 1 МПа, с применением воды в виде перегретого пара, — то хлорид натрия все же гидролизуется. Хлороводород начинает удаляться с паром, и парадокс становится явью:

NaCl + H2O ↔ NaOH + HCl↑.

6.11. ПАРАДОКСЫ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

Обменные реакции типа «соль + кислота = новая соль + новая кислота» идут до конца в том случае, если в результате реакции получается новая кислота, более слабая, чем исходная. Можно ли себе представить, чтобы слабая кислота вытесняла из соли… сильное основание?

На первый взгляд процесс такого рода кажется неправдоподобным. Однако борная кислота B(OH)3 (см. 3.14) с весьма слабыми кислотными свойствами реагирует с фторидами щелочных металлов так:

B(OH)3 + 4 KF = K[BF4] + 3КОН.

В результате взаимодействия действительно выделяется сильное основание — гидроксид калия КОН. А происходит это потому, что сначала образуется трифторид бора BF3:

B(OH)3 + 3KF = BF3 + 3КОН,

а затем получается чрезвычайно прочный комплекс — тетрафтороборат калия K[BF4]:

BF3 + KF = K[BF4].

6.12. НЕУГАСИМОЕ ПЛАМЯ

Есть целый ряд веществ, которые нельзя потушить струей CO2 (углекислым газом). В первую очередь это смеси, содержащие твердый окислитель: для их горения не требуется кислород воздуха. Например, черный порох (смесь нитрата калия KNO3 с серой и углем) горит за счет твердого окислителя — нитрата калия (см. 1.33 и 1.34):

2KNO3 + S = SO2↑ + 2 KNO2;

2KNO3 + C = CO2↑ + 2KNO2.

Если загорелся металлический магний (калий, цезий, алюминий, лантан и т. п.), потушить пламя диоксидом углерода не удастся уже по другой причине — это вещество поддерживает горение перечисленных металлов:

2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Итак, если ваша работа может быть связана с активными металлами, припасайте для их тушения песок и асбестовое одеяло (см. 5.7, 10.27).

А если вы имеете дело с неметаллами? Некоторые из них тоже «неравнодушны» к диоксиду углерода. Так, водород с CO2 реагирует уже при 200°C, если присутствует катализатор процесса — оксид меди CuO: