Номер 16, страница 325 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 46. Азотная кислота и нитраты - номер 16, страница 325.

Условие.

16. Известно, что золото и платина не растворяются в азотной кислоте, но растворяются в «царской водке». Опишите процессы, которые протекают при взаимодействии золота с «царской водкой». Составьте уравнение реакции. Можно ли восстановить золото из этого раствора?

Решение.

Решение 2.

Золото и платина являются благородными металлами с очень низкой химической активностью. Они не растворяются в концентрированной азотной кислоте, так как их стандартные электродные потенциалы положительны, и они пассивируются на её поверхности. Однако они растворяются в «царской водке» — смеси концентрированных азотной ($HNO_3$) и соляной ($HCl$) кислот в объёмном соотношении 1:3.

Процессы, которые протекают при взаимодействии золота с «царской водкой»

Растворение золота в царской водке — это сложный окислительно-восстановительный процесс, который происходит в несколько стадий. Уникальная растворяющая способность этой смеси обусловлена совместным действием сильного окислителя и сильного комплексообразователя.

1. Образование активных окислителей. При смешивании концентрированных азотной и соляной кислот происходит реакция с образованием высокоактивных продуктов — нитрозилхлорида ($NOCl$) и атомарного хлора ($\text{Cl}$), которые являются гораздо более сильными окислителями, чем сама азотная кислота.
$HNO_3 + 3HCl \rightarrow NOCl + Cl_2 + 2H_2O$

2. Окисление золота. Атомарный хлор и нитрозилхлорид окисляют металлическое золото ($Au^0$) до ионов золота ($Au^{3+}$).
$Au + 3Cl \rightarrow Au^{3+} + 3Cl^-$

3. Комплексообразование. Ионы золота ($Au^{3+}$) немедленно связываются с избытком хлорид-ионов ($Cl^-$) из соляной кислоты, образуя очень устойчивый комплексный анион — тетрахлороаурат(III)-ион $[AuCl_4]^-$.
$Au^{3+} + 4Cl^- \rightarrow [AuCl_4]^-$

Связывание ионов золота в прочный комплекс смещает равновесие реакции окисления вправо (согласно принципу Ле Шателье), способствуя полному растворению металла.

Ответ: Растворение золота в «царской водке» происходит за счёт того, что азотная кислота и продукты её взаимодействия с соляной кислотой (нитрозилхлорид, хлор) окисляют металлическое золото до ионов $Au^{3+}$, которые затем немедленно связываются хлорид-ионами из соляной кислоты в устойчивый комплексный ион $[AuCl_4]^-$.

Уравнение реакции

Суммарное уравнение реакции взаимодействия золота с царской водкой можно записать следующим образом:
$Au + HNO_3 + 4HCl \rightarrow H[AuCl_4] + NO \uparrow + 2H_2O$
В результате реакции образуется тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота), оксид азота(II) и вода.

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

Восстановление золота из раствора

Да, золото можно восстановить из полученного раствора тетрахлороаурата(III) водорода. Для этого необходимо добавить в раствор восстановитель, который будет восстанавливать ионы золота ($Au^{3+}$) до металлического золота ($Au^0$), в результате чего оно выпадет в виде осадка. В качестве восстановителей можно использовать различные вещества, например, сульфит натрия ($Na_2SO_3$), диоксид серы ($SO_2$), сульфат железа(II) ($FeSO_4$) или гидразин ($N_2H_4$).

Например, при использовании диоксида серы реакция восстановления выглядит так:
$2H[AuCl_4] + 3SO_2 + 6H_2O \rightarrow 2Au \downarrow + 8HCl + 3H_2SO_4$

Ответ: Да, можно. Золото восстанавливают из раствора добавлением подходящего восстановителя (например, диоксида серы или сульфата железа(II)), в результате чего металлическое золото выпадает в осадок.