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氯离子是金属单质与酸反应析氢过程的催化剂吗?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 金属与酸

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在中学化学教学中,常会碰到这样的习题: 某研究性学习小组做铝与酸反应的实验,发现H + 的物质的量浓度相同的 盐酸和硫酸分别与相同材料、相同表面积的铝片反应,盐酸与铝反应的速度远 远比铝与硫酸反应的速度快。研究性小组的同学提出如下假设: 假设1:Cl - 催化铝与酸

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在中学化学教学中,常会碰到这样的习题:

某研究性学习小组做铝与酸反应的实验,发现H的物质的量浓度相同的 盐酸和硫酸分别与相同材料、相同表面积的铝片反应,盐酸与铝反应的速度远 远比铝与硫酸反应的速度快。研究性小组的同学提出如下假设:

假设1:Cl催化铝与酸的反应。

假设2:SO42抑制铝与酸的反应。

请设计实验探究方案说明研究性学习小组同学的假设是否正确。

其实,几乎所有较活泼的金属与酸的析氢反应、较活泼金属与可溶性金属盐发生的置换反应,都存在这样的现象:相同条件下,有Cl存在时反应速率比没有Cl存在时快。对于Cl能加快金属单质与酸或可溶性盐反应的解释有以下几种:

活化金属说  一般说来,稳态和亚稳态的金属表面总是或多或少地处于 一种钝态,Cl能使这些处于钝态的金属表面重新活化,使它成为能发生氧化 还原反应的活性中心。

破坏氧化膜说 Cl穿过金属氧化膜孔或裂缝的能力比其他离子强,同时还能使氧化膜呈胶状分散状态,从而进一步增加了 Cl的穿膜机会。当Cl进入金属表面时,金属的电极电位变小而活性增加,这样就形成了多个微电池 (氧化膜处为原电池的正极),微电池的形成加速了金属与酸或可溶性盐反应。

阻止氧化膜形成说  金属不仅在空气中可形成氧化膜,也可在水溶液中被溶解的氧气或者水溶液中的水所氧化形成氧化膜。Cl能被吸附在氧化膜 上,进而取代氧化膜中的氧原子,使具有保护作用的氧化膜变为可溶性的氯化 物;或者是金属与极性水分子接触,水分子进行定向排列,水分子中的氧原子排列在金属表面,金属与水分子作用形成氢氧化物膜,使保护膜加厚,若溶液 中有Cl存在,Cl将移向金属表面,而把密集层中的水分子替换出来,阻止氧化膜的形成。

与金属离子配位说  Cl有较强的配位能力,易与金属离子形成配离子, 如[AlCln](n-3)-、[ZnCln](n-2)-、[FeCln](n-3)-等配离子的形成,降低了金属的电极电位,使反应进行的动力更大。

桥连转移电子说   由于Cl存在多对孤对电子,可以在金属原子和另一个 阳离子之间通过配位键形成桥连,桥连的形成易于反应中电子的转移,因而加快反应速率。

氯离子是金属单质与酸反应析氢过程的催化剂吗?

必须指出的是,有实验发现,在反应体系中增加SO42、NO3的浓度,会导致反应速率减小。由于金属离子在溶液中获得电子的速率一般是很大 的,一些金属离子获得水合电子的速率常数为:Zn2+ 1. 4×109 M-1 • s-1、H  2. 1×1010 M-1 • s-1较活泼的金属只要能给出电子,其与酸的析氢反应及与可溶性盐发生的置换反应就很快。在反应体系中增大SO42、NO3浓度导致反应速率减小,只能从氧化膜的破坏受到抑制的角度进行解释。


参考文献

[1] 吴昌辉,许国忠.研究性学习一例——铝与稀盐酸及稀硫酸反应的差异探究[J].化学 教学,2002(5)

[2] 刘新宇,马胜利.铝与稀酸反应的实验探究[J].教学仪器与实验,2001(12)

(责任编辑:化学自习室)
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