水素を調製するために濃HClと亜鉛反応を使用しないのはなぜですか？

Question

最初にこの種のばかげた質問をお詫びします私の学生の一人が私にこの質問をしましたが、私はインターネットから完全な答えを得ることができませんでした一般的に希塩酸と不純な亜鉛が実験室での水素製造に使用されています私の質問はなぜ反応が停止したのですか純粋な亜鉛と濃塩酸を使用した場合、少し時間の反応がありますか？

硫酸亜鉛による亜鉛の隠蔽用ですか？どんな助けにも感謝します。

Answer 1

金属亜鉛の場合 $\ce{Zn}$ 濃縮されたものと接触している $\ce{HCl}$ 解決、 $\ce{H2}$が生成されますが、反応は発熱性です。溶液は熱くなります。なので$\ce{HCl}$ お湯にあまり溶けない、溶けたの一部 $\ce{HCl}$気化するでしょう。したがって、生成されるガスは$\ce{H2}$ そして $\ce{HCl}$、これは望まれていません。

とにかく、純粋な間の反応 $\ce{Zn}$ 純粋に濃縮された $\ce{HCl}$それほど速くはありません。そして、しばらくして、溶液に一定量が含まれている場合$\ce{Zn^{2+}}$、反応速度は、反応が終了したように見えるように減少します。それはかなり驚くべきことであり、欺くことさえあります。

ただし、溶液中に金属不純物が存在する場合は、 $\ce{Co^{2+}}$ または $\ce{Cu^{2+}}$、亜鉛金属はこれらのイオンを次のように還元します $$\ce{Zn + Co^{2+} -> Co + Zn^{2+}}$$または $$\ce{Zn + Cu^{2+} -> Cu + Zn^{2+}}$$その結果、少量の金属コバルトまたは銅が亜鉛金属上に堆積します。2つの金属の接触$\ce{Zn + Co}$ または $\ce{Cu}$ ガルバニ電池を生成し、反応速度が大幅に増加します。 $\ce{Zn}$ はるかに速く溶解し、銅またはコバルトのスポットに移動する電子を生成し、そこで還元します $\ce{H+}$ たくさん生産する $\ce{H2}$。

したがって、反応によってH2を生成する最良の方法 $\ce{Zn + HCl}$ の濃度が高すぎない溶液を使用することです $\ce{HCl}$ 酸性溶液に少量の銅またはコバルト塩を加えた溶液。

ガルバニ電池の同じ現象は、 $\ce{HCl}$ に置き換えられます $\ce{H2SO4}$

Answer 2

濃塩酸を使用しない方がよい理由については、亜鉛金属との反応の発熱性と揮発性が原因である可能性があります。 $\ce{HCl}$ それ自体が塩化水素の損失の可能性を助長します。

さらに、水の存在自体が、亜鉛イオンをに移動させるのに有益である可能性があります（Zn +（H2O）nとHClの反応における水素形成を参照）。$\ce{[Zn(H2O)6](2+)}$配位子交換反応でさらに相互作用できる水和球。関連して、反応に関するLibre Textごとに説明するには：

ヘキサアクアコバルト（II）イオンを含む溶液（たとえば、塩化コバルト（II）溶液）に濃塩酸を加えると、溶液は元のピンク色から濃い濃い青色に変わります。6つのアクア分子は4つのクロロイオンに置き換えられます。起こっている反応は可逆的です。

$\ce{[Co(H2O)6](2+) + 4 Cl- <=> [Co(H2O)_6Cl_4](2-) + 6 H2O }$

そして、上記の反応についてさらに、引用を続けるには：

濃塩酸は、たとえば塩化ナトリウム溶液で可能な濃度と比較して非常に高い濃度を提供するため、塩化物イオンの供給源として使用されます。濃塩酸の塩化物イオン濃度は約10moldm-3です。ルシャトリエの原理によれば、塩化物イオン濃度が高いと、平衡位置が右に押し出されます。

ここで、コバルトの代わりに銅を使用した同様の反応シーケンス（Journal of Physical Chemistry Chemical Physicsから引用された2005年の記事で報告されている）が予想されます。

また、不純な亜鉛の使用に関連して引用された反応速度の改善は、酸が、とはいえ、関連する実験でおそらく最もよく示されています。$\ce{H2SO4}$ 亜鉛に作用する（ $\ce{Zn}$金属）銅不純物の供給源の存在下。実験では、以下を含む3本の試験管を使用していることに注意してください$\ce{Zn}$ +酸、ただし1つは銅が存在しない、1つは表面積が小さい銅の削りくず、3つ目は水性 $\ce{CuSO4}$。

驚くべきことに、3番目の試験管が実際に水素ガスの最大の供給源である可能性があると主張されています！興味深いことに、3番目の試験管には開始銅金属がありません。ただし、亜鉛がの第二銅イオンと相互作用することによる新しいCu（黒色）金属の置換形成が引用されています。$\ce{CuSO4}$。しかし、この新しく形成された黒い銅は、亜鉛金属片と銅の削りくずの両方と比較して、明らかに大きな表面積を持っています。

このように、加速反応についての私の引用した説明は、すべて銅イオンの電解質中に、亜鉛金属のアノード、銅金属の高面積カソードで形成された電気化学セルに基づいています。低表面積の亜鉛アノードと高表面積の黒色銅カソードの比率が非常に良好になったため、亜鉛の陽極腐食が観察可能に加速されました。

さらに、電気化学反応は、一般に、試薬濃度がある程度存在する限り、標準的な化学反応で発生する相対濃度の考慮事項によって駆動されません（現在の反応については、平坦化を示す反応速度のグラフを参照してください）。

したがって、明らかに、希釈剤を優先的に使用する理由については、電気化学的基盤を含むいくつかの理由がおそらくあります $\ce{HCl}$ 不純と一緒に $\ce{Zn}$ 金属。