Номер 8, страница 224 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 48. Цинк. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 8, страница 224.

Условие.

8. Объясните, почему особо чистый цинк взаимодействует с кислотами гораздо медленнее, чем металл технической чистоты, содержащий примесь свинца и других металлов.

Решение.

Решение 2.

8. Скорость взаимодействия цинка с кислотами напрямую зависит от его чистоты и связана с электрохимическими процессами, происходящими на его поверхности.

В случае особо чистого цинка, при его реакции с кислотой (например, с серной $H_2SO_4$ или соляной $HCl$), на одной и той же металлической поверхности должны протекать два процесса:

1. Окисление цинка (анодный процесс): $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$
2. Восстановление ионов водорода (катодный процесс): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$

Однако для выделения газообразного водорода на поверхности цинка требуется значительное дополнительное напряжение, известное как перенапряжение выделения водорода. У цинка это значение довольно высокое. Это перенапряжение сильно тормозит катодный процесс, а следовательно, и всю реакцию растворения металла в целом. В результате особо чистый цинк реагирует с кислотами очень медленно.

В техническом цинке присутствуют примеси других, менее активных металлов, таких как свинец ($Pb$), медь ($Cu$), железо ($Fe$). Когда такой цинк попадает в раствор кислоты, на его поверхности образуются многочисленные короткозамкнутые микрогальванические пары. В каждой такой паре:

• Более активный металл – цинк – служит анодом. Он окисляется (растворяется), отдавая электроны: $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$.
• Менее активная примесь (например, свинец) служит катодом. Электроны, отданные цинком, перемещаются к катодным участкам (примесям).

На поверхности катода (примеси) происходит восстановление ионов водорода: $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$. Ключевым моментом является то, что перенапряжение выделения водорода на свинце, и особенно на меди, значительно ниже, чем на цинке. Это означает, что для выделения водорода на примесях требуется гораздо меньше энергии.

Таким образом, образование микрогальванических пар приводит к пространственному разделению анодного и катодного процессов и переносу катодного процесса на участки с низким перенапряжением. Это вызывает резкое ускорение как катодного, так и сопряженного с ним анодного процесса (растворения цинка), что и объясняет гораздо более высокую скорость реакции технического цинка с кислотами.

Ответ: Особо чистый цинк реагирует с кислотами медленно из-за высокого перенапряжения выделения водорода на его поверхности, что тормозит реакцию. Технический цинк содержит примеси менее активных металлов (например, свинца), которые образуют с цинком микрогальванические пары. В этих парах цинк выступает анодом и растворяется, а на примесях (катодах), где перенапряжение выделения водорода значительно ниже, активно выделяется водород. Это разделение процессов и низкое перенапряжение на катоде многократно ускоряют общую скорость реакции.