Mengapa kami tidak menggunakan HCl pekat dan reaksi seng untuk membuat hidrogen?
Pertama-tama mohon maaf atas pertanyaan konyol semacam ini.Salah satu siswa saya menanyakan pertanyaan ini kepada saya tetapi saya tidak bisa mendapatkan jawaban yang sempurna dari internet. Biasanya HCl encer dan seng tidak murni digunakan untuk produksi hidrogen di laboratorium. Pertanyaan saya adalah mengapa reaksi berhenti setelah itu. sedikit waktu reaksi jika kita menggunakan seng murni dan HCl pekat?
Apakah itu untuk menutupi seng oleh seng sulfat? Ini akan berterima kasih atas bantuan apa pun.
Jawaban
Jika logam seng $\ce{Zn}$ bersentuhan dengan terkonsentrasi $\ce{HCl}$ larutan, $\ce{H2}$diproduksi, tetapi reaksinya eksoterm: larutan menjadi panas. Sebagai$\ce{HCl}$ tidak terlalu larut dalam air panas, sebagian kecil dari yang terlarut $\ce{HCl}$akan menguap. Jadi gas yang dihasilkan akan menjadi campuran$\ce{H2}$ dan $\ce{HCl}$, yang tidak diinginkan.
Bagaimanapun, reaksi antara murni $\ce{Zn}$ dan terkonsentrasi murni $\ce{HCl}$tidak terlalu cepat. Dan, setelah beberapa waktu, ketika larutan mengandung sejumlah$\ce{Zn^{2+}}$, laju reaksi menurun sedemikian rupa sehingga reaksi terlihat selesai. Ini agak mengejutkan, dan bahkan menipu.
Namun, jika beberapa pengotor logam hadir dalam larutan, seperti $\ce{Co^{2+}}$ atau $\ce{Cu^{2+}}$, logam seng mereduksi ion-ion ini sesuai dengan $$\ce{Zn + Co^{2+} -> Co + Zn^{2+}}$$atau $$\ce{Zn + Cu^{2+} -> Cu + Zn^{2+}}$$Akibatnya, sejumlah kecil logam kobalt atau tembaga diendapkan pada logam seng. Kontak kedua logam$\ce{Zn + Co}$ atau $\ce{Cu}$ menghasilkan sel galvanik, dan laju reaksi meningkat pesat. $\ce{Zn}$ larut lebih cepat, menghasilkan elektron yang menuju ke titik tembaga atau kobalt, di mana mereka berkurang $\ce{H+}$ untuk menghasilkan banyak $\ce{H2}$.
Jadi cara terbaik untuk menghasilkan H2 adalah melalui reaksi $\ce{Zn + HCl}$ adalah menggunakan larutan yang tidak terlalu pekat $\ce{HCl}$ larutan, dengan sedikit garam tembaga atau kobalt ditambahkan ke dalam larutan asam.
Fenomena yang sama pada sel galvanik terjadi jika $\ce{HCl}$ diganti dengan $\ce{H2SO4}$
Mengenai mengapa lebih baik untuk tidak menggunakan asam klorida pekat kemungkinan karena sifat eksotermik reaksinya dengan logam seng dan volatilitas $\ce{HCl}$ itu sendiri mendorong kemungkinan hilangnya Hidrogen Klorida.
Lebih lanjut, keberadaan air mungkin bermanfaat (lihat pembentukan Hidrogen dalam reaksi Zn + (H2O) n dengan HCl ) dalam memungkinkan ion Seng dipindahkan ke a$\ce{[Zn(H2O)6](2+)}$bola hidrasi yang selanjutnya dapat berinteraksi dalam reaksi pertukaran ligan. Terkait, untuk menguraikan per Libre Text tentang reaksi:
Jika Anda menambahkan asam klorida pekat ke larutan yang mengandung ion heksaaquacobalt (II) (misalnya, larutan kobalt (II) klorida), larutan berubah dari warna merah jambu aslinya menjadi biru tua yang kaya. Enam molekul aqua digantikan oleh empat ion kloro. Reaksi yang terjadi dapat dibalik.
$\ce{[Co(H2O)6](2+) + 4 Cl- <=> [Co(H2O)_6Cl_4](2-) + 6 H2O }$
Dan selanjutnya pada reaksi di atas, untuk melanjutkan mengutip:
Asam klorida pekat digunakan sebagai sumber ion klorida karena memberikan konsentrasi yang sangat tinggi dibandingkan dengan, misalnya, larutan natrium klorida. Asam klorida pekat memiliki konsentrasi ion klorida sekitar 10 mol dm-3. Konsentrasi ion klorida yang tinggi mendorong posisi kesetimbangan ke kanan menurut Prinsip Le Chatelier.
di mana saya mengharapkan urutan reaksi yang serupa (seperti yang dilaporkan dalam artikel 2005 yang dikutip dari Journal of Physical Chemistry Chemical Physics ) dengan tembaga sebagai pengganti kobalt.
Juga, peningkatan laju reaksi yang dikutip, terkait dengan penggunaan seng tidak murni, mungkin paling baik diilustrasikan dalam eksperimen terkait di mana asam, meskipun,$\ce{H2SO4}$ bertindak atas Seng (sebagai bagian padat dari $\ce{Zn}$metal) di hadapan sumber pengotor tembaga. Catatan, percobaan menggunakan tiga tabung reaksi berisi$\ce{Zn}$ + Asam, tapi satu tanpa kehadiran Tembaga, satu dengan luas permukaan rendah perputaran Tembaga, dan yang ketiga dengan berair $\ce{CuSO4}$.
Anehnya bagi beberapa orang, dikatakan bahwa tabung reaksi ke-3 sebenarnya adalah sumber gas Hidrogen terbesar! Menariknya, pada tabung reaksi ke-3, tidak ada logam tembaga awal. Namun, ada yang menyebutkan pembentukan perpindahan logam Cu (berwarna hitam) baru oleh seng yang berinteraksi dengan ion cupric dari$\ce{CuSO4}$. Tembaga hitam yang baru terbentuk ini, bagaimanapun, memiliki luas permukaan yang jelas tinggi dibandingkan dengan potongan logam Seng dan perputaran Tembaga.
Dengan demikian, penjelasan saya yang dikutip tentang reaksi dipercepat didasarkan pada sel elektrokimia yang dibentuk dengan anoda logam Zn, katoda luas dari logam Tembaga, semuanya dalam elektrolit ion tembaga. Korosi anodik seng sekarang dipercepat karena rasio yang sekarang sangat menguntungkan dari anoda seng dengan luas permukaan rendah ke katoda Tembaga hitam luas permukaan tinggi .
Lebih lanjut, reaksi elektrokimia, secara umum selama masih ada konsentrasi reagen, TIDAK didorong oleh pertimbangan konsentrasi relatif seperti yang terjadi pada reaksi kimia standar (untuk reaksi saat ini, lihat grafik laju reaksi di sini yang menggambarkan suatu pendataran).
Jadi tampaknya, mungkin ada beberapa alasan termasuk dasar elektrokimia, mengapa harus menggunakan encer secara istimewa $\ce{HCl}$ bersama dengan najis $\ce{Zn}$ logam.