수소를 제조하기 위해 농축 HCl과 아연 반응을 사용하지 않는 이유는 무엇입니까?
먼저 이런 종류의 어리석은 질문에 대해 사과하십시오. 제 학생 중 한 명이이 질문을했지만 인터넷에서 완벽한 대답을 얻지 못했습니다. 일반적으로 실험실에서 수소 생산에 묽은 HCl과 불순한 아연을 사용하고 있습니다. 순수한 아연과 진한 HCl을 사용하면 약간의 시간 반응?
아연 황산염에 의한 은폐 아연입니까? 어떤 도움을 주셔서 감사합니다.
답변
금속 아연의 경우 $\ce{Zn}$ 농축과 접촉 $\ce{HCl}$ 해결책, $\ce{H2}$생성되지만 반응은 발열 성입니다. 용액이 뜨거워집니다. 같이$\ce{HCl}$ 뜨거운 물에 잘 녹지 않습니다. $\ce{HCl}$기화됩니다. 따라서 생성 된 가스는$\ce{H2}$ 과 $\ce{HCl}$, 원하지 않습니다.
아무튼 순수한 사이의 반응 $\ce{Zn}$ 순수 농축 $\ce{HCl}$정말 빠르지 않습니다. 그리고 얼마 후 용액에 일정량의$\ce{Zn^{2+}}$, 반응이 종료 된 것처럼 반응 속도가 감소합니다. 오히려 놀랍고 심지어 속이는 것입니다.
그러나 일부 금속 불순물이 용액에 존재하면 $\ce{Co^{2+}}$ 또는 $\ce{Cu^{2+}}$, 아연 금속은 다음에 따라 이러한 이온을 감소시킵니다. $$\ce{Zn + Co^{2+} -> Co + Zn^{2+}}$$또는 $$\ce{Zn + Cu^{2+} -> Cu + Zn^{2+}}$$결과적으로 소량의 금속 코발트 또는 구리가 아연 금속에 증착됩니다. 두 금속의 접촉$\ce{Zn + Co}$ 또는 $\ce{Cu}$ 갈바닉 셀을 생성하고 반응 속도가 많이 증가합니다. $\ce{Zn}$ 훨씬 더 빨리 용해되어 구리 또는 코발트 지점으로 이동하는 전자를 생성합니다. $\ce{H+}$ 많은 것을 생산하기 위해 $\ce{H2}$.
따라서 반응에 의해 H2를 생성하는 가장 좋은 방법은 $\ce{Zn + HCl}$ 너무 농축되지 않은 용액을 사용하는 것입니다. $\ce{HCl}$ 산성 용액에 소량의 구리 또는 코발트 염을 첨가 한 용액.
갈바닉 전지의 동일한 현상이 다음과 같은 경우에 발생합니다. $\ce{HCl}$ 대체된다 $\ce{H2SO4}$
진한 염산을 사용하지 않는 것이 더 좋은 이유는 아연 금속과의 반응의 발열 특성과 $\ce{HCl}$ 그 자체로 염화수소의 손실 가능성이 있습니다.
또한, 물의 존재 자체가 아연 이온 이 HCI 로 이동하도록하는 데 도움이 될 수 있습니다 ( Zn + (H2O) n과 HCl의 반응에서 수소 형성 참조 ) .$\ce{[Zn(H2O)6](2+)}$리간드 교환 반응에서 더 상호 작용할 수있는 수화 구체. 이와 관련하여 Libre Text 별로 반응에 대해 설명 하려면 :
헥사 아쿠아 코발트 (II) 이온이 포함 된 용액 (예 : 염화 코발트 (II) 용액)에 진한 염산을 첨가하면 용액이 원래 분홍색에서 진한 파란색으로 변합니다. 6 개의 아쿠아 분자는 4 개의 클로로 이온으로 대체됩니다. 일어나는 반응은 되돌릴 수 있습니다.
$\ce{[Co(H2O)6](2+) + 4 Cl- <=> [Co(H2O)_6Cl_4](2-) + 6 H2O }$
그리고 위의 반응에 대해 계속 인용하려면 :
농축 염산은 염화나트륨 용액으로 가능한 것에 비해 매우 높은 농도를 제공하기 때문에 염화물 이온의 공급원으로 사용됩니다. 농축 염산은 약 10 mol dm-3의 염화물 이온 농도를 가지고 있습니다. 높은 염화물 이온 농도는 Le Chatelier의 원리에 따라 평형 위치를 오른쪽으로 밀어냅니다.
코발트 대신 구리를 사용 하는 유사한 반응 시퀀스 ( Journal of Physical Chemistry Chemical Physics 에서 인용 된 2005 년 기사에보고 됨)가 예상 됩니다.
또한, 불순한 아연의 사용과 관련하여 언급 된 반응 속도의 개선은 아마도 산이 존재 하는 관련 실험 에서 가장 잘 설명 될 것입니다 .$\ce{H2SO4}$ 아연에 작용 (단단한 $\ce{Zn}$금속) 구리 불순물의 소스가있는 경우. 실험은$\ce{Zn}$ + 산성이지만 구리가없는 하나, 낮은 표면적 구리 선회를 갖는 하나, 그리고 세 번째는 수성 $\ce{CuSO4}$.
놀랍게도 세 번째 테스트 튜브가 실제로 수소 가스의 가장 큰 공급원 일 수 있다고 주장합니다! 흥미롭게도 세 번째 테스트 튜브에는 시작 구리 금속이 없습니다. 그러나 Zinc에 의한 새로운 Cu (검은 색) 금속의 변위 형성이$\ce{CuSO4}$. 그러나 새로 형성된이 흑색 구리는 아연 금속 조각과 구리 선삭에 비해 확실히 높은 표면적을 가지고 있습니다.
따라서 가속 반응에 대한 설명 은 구리 이온의 전해질에 모두 구리 금속 의 고 면적 음극 인 Zn 금속의 양극으로 형성된 전기 화학 전지를 기반으로합니다 . 아연의 양극 부식은 이제 낮은 표면적 아연 양극과 높은 표면적의 흑색 구리 음극의 매우 유리한 비율 로 인해 눈에 띄게 가속화 됩니다.
또한, 일반적으로 시약 농도가 존재하는 한 전기 화학 반응은 표준 화학 반응에서 발생하는 상대적 농도 고려 사항에 의해 구동되지 않습니다 (현재 반응에 대해서는 여기 에서 평탄화를 나타내는 반응 속도 그래프 참조 ).
따라서 전기 화학적 토대를 포함하여 희석액을 우선적으로 사용하는 이유에 대해 몇 가지 이유가있을 수 있습니다. $\ce{HCl}$ 불순함과 함께 $\ce{Zn}$ 금속.