Номер 216, страница 215 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.216. Как объяснить тот факт, что царская водка, в отличие от азотной кислоты, растворяет золото?

Решение

Факт растворения золота в царской водке, в отличие от чистой азотной кислоты, объясняется совместным действием двух кислот: азотной ($HNO_3$) и соляной ($HCl$), из которых состоит царская водка (обычно в объемном соотношении 1:3).

1. Роль азотной кислоты. Золото ($Au$) — благородный металл с очень высоким электродным потенциалом, что делает его устойчивым к действию большинства окислителей. Концентрированная азотная кислота, хотя и является сильным окислителем, сама по себе не способна окислить золото. В смеси кислот она выполняет функцию окислителя, переводя атомы металлического золота в ионы золота со степенью окисления +3:

$Au - 3e^- \rightarrow Au^{3+}$

2. Роль соляной кислоты. Эта реакция сама по себе не идет, так как для нее требуется слишком высокий потенциал. Однако в присутствии концентрированной соляной кислоты, которая является источником хлорид-ионов ($Cl^-$), образующиеся ионы золота ($Au^{3+}$) немедленно связываются в очень прочный и устойчивый комплексный ион — тетрахлороаурат(III)-ион:

$Au^{3+} + 4Cl^- \rightarrow [AuCl_4]^-$

3. Смещение равновесия. Образование этого стабильного комплекса резко снижает концентрацию свободных ионов $Au^{3+}$ в растворе. Согласно принципу Ле Шателье, удаление продукта реакции (ионов $Au^{3+}$) из сферы реакции сдвигает химическое равновесие процесса окисления золота вправо, то есть в сторону растворения. Эффективно, потенциал окисления золота значительно понижается из-за комплексообразования, что и позволяет азотной кислоте его окислить.

Суммарное уравнение реакции, протекающей при растворении золота в царской водке, можно записать так:

$Au + HNO_3 + 4HCl \rightarrow H[AuCl_4] + NO\uparrow + 2H_2O$

Таким образом, ни одна из кислот по отдельности не может растворить золото, но их совместное действие — окисление и последующее комплексообразование — делает этот процесс возможным.

Ответ: Царская водка растворяет золото, в отличие от чистой азотной кислоты, благодаря синергетическому эффекту двух кислот. Азотная кислота ($HNO_3$) выступает в роли сильного окислителя, переводя атомы золота в ионы $Au^{3+}$. Соляная кислота ($HCl$) предоставляет хлорид-ионы ($Cl^-$), которые немедленно связывают ионы золота в очень устойчивый комплексный ион $[AuCl_4]^-$. Образование этого комплекса резко снижает концентрацию свободных ионов $Au^{3+}$ в растворе, что, согласно принципу Ле Шателье, сдвигает равновесие в сторону окисления металлического золота и делает его растворение термодинамически возможным.