Никель уравнение реакций с соляной кислотой

Химические свойства железа, кобальта, никеля

Реакции железа, кобальта и никеля с кислотами

Задача 1113.
Охарактеризовать отношение железа, кобальта и никеля к кислотам.
Решение:
а) железо с разбавленными кислотами – не окислителями реагирует с образованием солей Fe 2+ , например:

Концентрированные кислоты – окислители (серная, азотная) пассивируют железо в результате образования нерастворимой в них оксидной плёнки.

б) Кобальт медленно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей Co 2+ :

Концентрированная азотная кислота пассивирует кобальт. Концентрированная серная кислота реагирует с кобальтом по схеме:

в) С большинством минеральных кислот никель реагирует медленно, активно реагирует с разбавленной азотной кислотой, концентрированная азотная кислота пассивирует никель.

Реакции гидроксидов железа (III), кобальта (III) и никеля (III) с кислотами

Задача 1114.
Написать уравнения реакций взаимодействия гидроксидов железа (III), кобальта (III) и никеля (III) с соляной и серной кислотами.
Решение:
Комплексные соединения железа, кобальта, никеля

Химические свойства элементов:никель

Ключевые слова: никель, получение никеля, применение никеля, соединения никеля, оксиды никеля, гидроксиды никеля, сульфиды никеля, сульфаты никеля, нитраты никеля, фосфаты никеля, токсическое действие никеля и его неорганических соединений.

В 1751 г. никель был открыт шведским химиком Кронштедом. В чистом виде никель получен в 1804 г. Рихтер, Пруст, Тенар и другие химики доказали что никель является индивидуальным элементом. Никель принадлежит к элементам восьмой группы периодической системы Д. И. Менделеева. Порядковый номер никеля равен 28. Атомный вес никеля по углеродной шкале равен 58,71. В большинстве соединений никель положительно двухвалентен, но известны комплексные соединения, где никель имеет валентность +3 и +4.

По распространенности в природе никель превосходит медь и несколько уступает цинку. В земной коре содержится 2∙10 -2 % (вес.) никеля, в литосфере 8∙10 -3 %, метеоритах каменных 0,14% и железных 8,6% . Ряд ученых предполагает, что ядро Земли на 6—8% состоит из никеля. Никель содержится в метеоритах. Среднее содержание никеля в растениях составляет 10 -6 %.

Никель — металл серебристо-белого цвета с едва заметным коричневатым оттенком, очень тягучий, ковкий, легко поддается прокатке, ферромагнитен, но в меньшей степени, чем железо. Плотность никеля 8,85—8,9 г/см 3 . Никель высокой чистоты (99,94%) имеет т. пл. 1455°С. Промышленное значение имеют сульфидные, силикатные или окисленные руды никеля.Встречается в природе в виде соединений с S, As, Sb. При шахтной плавке с дымовыми газами выбрасывается в атмосферу 2% шихты в виде пыли.Применяется как легирующий компонент многих сортов стали и специальных сплавов; как катализатор при гидрогенизации, конверсии метана водяным паром и др.; в производстве щелочных аккумуляторов; в гальванотехнике; в химическом машиностроении.Получается обжигом обогащенного никелевого концентрата и последующим восстановлением до Ni; особо чистый Ni получается разложением карбонилов никеля..

Металлический никель при комнатной температуре в отсутствие влаги устойчив к действию кислорода и галоидов; при нагревании до 500° С слегка окисляется на воздухе и разлагает воду, выделяя водород. Порошкообразный никель, полученный дистилляцией из амальгам или электролизом, слабо пирофорен. Никель—малоактивный металл; при комнатной температуре вода на него не действует. В разбавленных минеральных кислотах (НС1,H₂SО₄)растворяется медленно, легче растворим в азотной кислоте. Кон-центрированная азотная кислота пассивирует металл, как и железо. Щелочи, сода, поташ в водных растворах и в расплавах не действуют на никель.Никель входит в состав разнообразных сплавов с железом, а также медью, алюминием и многими другими элементами.Металлический никель в мелкораздробленном состоянии при повышении температуры поглощает водород, применяется как катализатор при гидрировании органических соединений. Для никеля установлено существование гидрида NiH , известны также гидриды состава NiH₂, NiH₄.Никель способен взаимодействовать с монооксидом углерода, образуя карбонилы.

Химические соединения никеля

Оксид никеля (II), NiO — порошок светлого зеленовато-желтого цвета, растворимый в азотной кислоте при нагревании и в растворе аммиака. После прокаливания при высокой температуре оксид никеля NiO не растворяется в щелочах (аммиаке) и минеральных кислотах. Оксид никеля NiO удовлетворяет требованиям к весовым формам. Применяется в аналитической химии .Получается, например, при прокаливании диметилглиоксимата никеля. Применяется в качестве пигмента в керамической и стекольной промышленности; для приготовления катализаторов. Лабораторным способом получения является прокаливание гидроксида никеля Ni(OH)₂, карбоната никеля NiCО₃ или нитрата никеля Ni(NО₃)₂.

Оксид никеля (III) и закись-окись никеля (II и III), Ni₃О₄ — порошкообразные вещества темно-серого и черно-коричневого цвета (соответственно); растворяются в серной и азотной кислотах с выделением кислорода и в соляной кислоте с выделением хлора. Получается прокаливанием карбоната никеля; обжигом никелевых руд. Представляет собой серо-черный порошок. При 600° разлагается, не плавясь

Диоксид никеля NiО₂ — аморфное вещество черного цвета. Это наименее прочное кислородное соединение никеля. С трудом растворяется в минеральных кислотах, выделяя кислород или хлор.

Ион никеля образует с гидроксил-ионом в зависимости от условий ряд соединений различного состава, проявляя склонность к образованию основных солей .

Гидроксид никеля (II), Ni(OH)₂—порошок светло-зеленого цвета или аморфные кристаллы, при температуре 230° С разлагается на NiO и Н₂О. Растворим в кислотах и NH₄OH. Получается при действии растворов щелочей на соли Ni(II). Применяется в производстве щелочных аккумуляторов. Гидроксид никеля (II) в присутствии сильных окислителей (С1₂, Вг₂) в щелочной среде переходит в гидроксид никеля (III), Ni(OH)₃.

Гидроксид никеля (III) существует в двух модификациях: α-модификация — черный аморфный порошок, плотн. 4,15; Разлагается при нагревании; реагирует с кислотами. β-модификация не имеет явно кристаллической структуры, на воздухе переходит в соединение Ni₃O₂(OH)₄.Гидроксиды никеля получаются косвенным путем: Ni(OH)₃ — действием разбавленных растворов щелочей на соли никеля (обладает основными свойствами); гидроксиды никеля (III) и (II, III) образуются при действии окислителей в щелочной среде. Ni(OH)₃ может быть получен действием перекиси водорода в слабо уксуснокислой среде на соли никеля. Последний способ часто применяется в качественном анализе для обнаружения и отделения никеля.

Сульфиды никеля Метод отделения никеля в виде сульфида широко используется в химическом анализе. Известны три модификации сульфида никеля NiS, имеющие различную растворимость в водных растворах и кислотах .Встречаются в природе в виде минералов миллерита NiS, полидимита Ni₃S и ваэсита NiS₂; в файнштейне — промежуточном, продукте — присутствуют Ni₃S₂ и Ni₆Se.

Получаются: NiS — нагреванием NiO с S либо действием H₂S и (NH₄)₂S на растворы солей Ni(II); Ni₂S— нагреванием смеси NiSО₄ с S в токе Hg либо восстановлением NiSО₄ углеродом в электропечи; Ni₃S₄— нагреванием NiCl₂ с полисульфидом калия в запаянной трубке;

Сульфид никеля по внешнему виду, будучи выделенным и высушенным, независимо от модификации представляет черный порошок. NiS во влажном состоянии на воздухе переходит в NiOHS. Сульфид NiS легко образует коллоидные растворы (золи), в форме которых проходит через фильтр; это соединение трудно коагулирует.

Никель в виде сульфида часто отделяют (обычно совместно с кобальтом) от других элементов, поэтому важно соблюдать условия для образования легкоотфильтровываемого осадка сульфида никеля NiS. Осаждением свежеприготовленным раствором сульфида аммония (не содержащим карбоната аммония) также получают сульфид никеля хорошего качества. Сульфиды никеля и кобальта в кристаллическом состоянии получаются при действии сероводорода в присутствии пиридина. Применяются как катализаторы при гидрогенизации и дегидрогенизации.

Сульфат никеля Применяется в производстве аккумуляторов; в фунгицидных смесях; для изготовления катализаторов, в жировой и парфюмерной промышленности. Получается растворением Ni в H₂SО₄; из растворов электролитов рафинирования меди; из сульфатных растворов — отходов производства Кобальта. NiSО₄ — желтые кристаллы; плотн. 3,68; при 840° разлагается, теряя SО₃; раств. в воде 38,3 г/100 г (20°). Легко образует двойные соли типа Me(NiSО₄)₂-6H₂О; NiSО₄-7H₂О — зеленые кристаллы;

Нитрат никеля в зависимости от температуры образует несколько гигроскопичных кристаллогидратов: Ni(NО₃)₂∙9H₂О, Ni(NО₃)₂∙6H₂O, Ni(NО₃)₂∙3H₂О. Нитраты никеля применяются для получения других соединенйй Ni, никелевых катализаторов. Получаются при растворении Ni в HNO₃.

Фосфаты никеля. Фосфат-ионы образуют с солями никеля аморфный осадок яблочно-зеленого цвета переменного состава; осадок растворим в минеральных кислотах, а также в уксусной кислоте и NH4OH. Известны ортофосфат никеля Ni(PО4)₂∙8H₂О, аммоний-никельфосфат NH₄NiPО₄∙2H₂О, натрий- триникельфосфат Na₃NiP₃O₁₀∙12Н₂О и другие.

Токсическое действие никеля и его неорганических соединений. Общий характер действия. Ni активирует или угнетает ряд ферментов, влияет на дефосфорилирование аминотрифосфата. В крови человека Ni связывается преимущественно с γ-глобулином сыворотки. Оказывает влияние на кроветворение, углеводный обмен. Металлический Ni и его соединения вызывают образование опухолей у животных, а также профессиональный рак. Канцерогенное действие Ni связывают с нарушением метаболизма клеток. Соли Ni вызывают поражение кожи человека с развитием повышенной чувствительности к металлу.

Химические свойства никеля

(Пахомова Анна и Гусейнов Эльмин)

Никель (Ni) является элемент восьмой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28, относится к семейству железа. Простое вещество — это металл серебристо-белого цвета, пластичный, ковкий, при обычных температурах на воздухе образует тонкую оксидную пленку на поверхности. Ему присущи характерные свойства металлов. Химически малоактивен.

1)Атомная масса (молярная масса): 58,6934 г/моль;

2)Строение внешнего электронного слоя: 3d84s2;

3)Радиус атома: 124пм.

На первом энергетическом уровне 2 электрона на s-орбитали, на втором-2 электрона на s-орбитали и 6 на p-орбитали, на третьем- 2 на s-орбитали, 6 на p-орбитали и 8 электронов на d-орбитали, на четвертом- 2 электрона на s-орбитали.[1]

1)Ковалентный радиус: 115 пм;

2)Радиус иона: (+2е) 69пм;

3)Электроотрицательность: 1,91 (шкала Полинга);

4)Электродный потенциал: -0,25 В;

5)Степени окисления: 0; +1; +2; +3; +4(редкие и неустойчивые соединения);

6)Энергия ионизации: 736,2 кДж/моль.

В ряду активности металлов он находится между кобальтом и оловом:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

· Термодинамические свойства простого вещества:

1)Плотность (при н.у.): 8,902 г/см3;

2)Температура плавления: 1453 °С (1726 К, 2647 °F);

3)Температура кипения: 2732 °С (3005 К, 4949 °F);

4)Удельная теплота плавления: 17, 61 кДж/моль;

5)Удельная теплота испарения: 378,6 кДж/моль;

6)Молярная теплоёмкость: 26,1 Дж/моль;[2]

7)Молярный объём: 6,6 см3/моль.[3]

Природный никель состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 58Ni (67,76%), 60Ni (26,26% ), 61Ni (1,25%), 63Ni (3,66%), 63Ni (1,16%).

“Изотопным составом объясняется меньший атомный вес природного никеля, по сравнению с кобальтом, имеющим порядковый номер 27.”[4] (Пешкова В. М. Аналитическая химия никеля / В. М. Пешкова, В. М. Савостина. — Москва: Издательство наука, 1966.- C.5-7.)

· Природные и искусственные полученные изотопы никеля:

1) 56Ni: тип излучения γ\ период полураспада 6, 4 дня\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%;

2) 57Ni: тип излучения β+\ период полураспада 36 часов\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%;

3) 58Ni: — \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 67,76%;

4) 59Ni: тип излучения К, нет β+\ 5∙104\ искусственное\ содержание в природном никеле 0%;

5) 60Ni: — \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 26,16%;

6) 61Ni: — \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 1,25%;

7) 62Ni: — \ стабилен\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 3,66%;

8) 63Ni: тип излучения β-\ период полураспада 125 лет\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%;

9) 64Ni: тип излучения β-\ больше 3∙1015\ происхождение изотопа естественное\ содержание в природном никеле 1,16%;

10) 65N: тип излучения β-, γ\ период полураспада 2,6 часа\ происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%;

11) 66Ni: тип излучения β-\ период полураспада 54,8 часа\ \происхождение изотопа искусственное\ содержание в природном никеле 0%.

В большинстве соединений никель положительно двухвалентен, но известны комплексные соединения, где никель имеет валентность +2 и +3. По химическим свойствам никель близок к железу и кобальту, отчасти, меди. Трудность окисления ионов Cu (2+) и Ni (2+) объясняется высокими значениями третьего потенциала ионизации (Энергии ионизации , т. е, энергии, необходимой для отрыва одного электрона от нейтрального атома. Отношение этой величины к заряду электрона есть ионизационный потенциал, т. е. напряжение электрического поля, достаточное для отрыва электрона.)

Как отмечалось ранее, никель нельзя отнести к активным металлам, он[5] обладает средней химической активностью, но тонкодисперсный порошок, полученный восстановлением соединений никеля водородом при низких температурах, пирофорен.[6]

“Никель является металлом сравнительно низкой химической активности. При обычных температурах, он покрывается тонкой защитной окисной пленкой и не взаимодействует с влагой воздуха, водой и рядом растворителей. Вода, насыщенная углекислотой, в присутствии ионов хлора может вызвать точечную коррозию никеля. Никель превосходно сопротивляется коррозии в щелочных растворах. Сильные щелочи — едкий натрий и едкий калий — на никель не действуют, так же как и безводный аммиак. Однако он растворяется в аммиачных растворах в присутствии (NH4)2CO3 с образованием растворимых аммиакатов, окрашенных в зеленый цвет ”. [7](Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство: Металлургия, 1985.-C.490.)

При обычных условиях никель устойчив к реакциям с кислородом, галoгенами, серой, щелочами. Сухие газы(окислы азота, сернистый газ и аммиак) при комнатной температуре с никелем не реагируют.

· Взаимодействие никеля с галогенами.

Металлический никель в отсутствии повышенной температуры и влаги устойчив к действию не только кислорода, но галогенов: фтор (F₂), хлор (Cl₂), бром (Br₂), йод (I₂), астат (At₂). При обычных условиях никель с галогенами не реагирует.

Ni + Hal →[8]

При нагревании никель реагирует со всеми галогенами с образованием дигалогенидов никеля.[9]

· Взаимодействие никеля с неметаллами.

Никель реагирует не со всеми неметаллами, так к действию фтора никель устойчив и не реагирует даже при температуре красного каления.

Ni + F →

С некоторыми неметаллами при создании специальных условий никель взаимодействует.

При обычных условиях никель устойчив.

Ni + S →

Однако, нагревание порошков никеля и серы приводит к образованию сульфида никеля (NiS).

Сульфиды никеля практически не растворимы в воде и органических растворителях. Разлагаются лишь азотной кислотой и царской водкой. При нагревании в вакууме выше 500°Сдиссоциируют с образованием паров серы и фаз, обогащенных никелем. При нагревании на воздухе окисляются.

· Взаимодействие никеля с кислородом.

При обычных условиях никель с кислородом не реагирует, и на воздухе он почти не изменяется.

Ni + O₂ →

Но при высокой температуре (500 °C) реакция с кислородом протекает с образованием монооксида никеля (NiO), представляющий собой зеленовато-желтый светлый порошок. Происходит окислительно-восстановительная реакция, и никель переходит из Ni 0 в Ni +4.

2Ni + O₂ → t 2NiO

Однако, в мелкодисперсном состоянии (в виде мелкораздробленного порошка) никель обладает пирофорностью, т. е. самовоспламеняется на воздухе даже при обычной температуре.

Как отмечалось ранее, в мелкодисперсном состоянии никель пирофорен, и способен поглощать большое количество газов (Н₂, СО и др.), что, кстати,[10] ухудшает его свойства. Так при реакции с монооксидо углерода (II) образуется карбид никеля, представляющий собой серые кристаллы.

При неизмельченном состоянии металла возможно образование тетракарбонила никеля, представляющего собой бесцветную жидкость.

Ni +4 CO→ t Ni(CO)4[11]

При реакции с водородом образуется гидрид никеля, представляющий собой черные кристаллы.

“В тонко раздробленном состоянии никель адсорбирует водород, на этом свойстве никеля основано применение никеля и его соединений в качестве катализатора, ускоряющего присоединение или отщепление водорода.” (Никель//Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.111.)

· Взаимодействие никеля с водой.

По отношению к воде никель устойчив. Его гидроксо-соединения, такие как гидроксид никеля (II) Ni(OH)2 и гидроксид никеля (III) Ni(OH)3 получают косвенным путем.

· Взаимодействие никеля с щелочами.

Щелечи как в водных растворах так и расплавах не действуют на никель.

Ni + NaOH →

· Взаимодействие никеля с кислотами.

При реакции с кислотами такими как азотная, серная, соляная, образует соответствующие двухвалентные соли.[12]

Никель легко растворяется в разбавленных кислотах, при этом он образует аквакатиона [Ni(H2O)6] с зарядом 2+. Стоит заметить, что с соляной, серной, фосфорной, фтористоводородной кислотами никель реагирует медленно.

Легче и быстрее всего никель реагирует с разбавленной азотной кислотой.

При действии на никель концентрированных серной и азотной кислот, они лишь пассивируют металл, т е приводят к образованию на поверхности оксидных пленок, как и в случае c железом.

“Органические кислоты действуют на Никель, лишь после длительного соприкосновения с ними”. (Грибовская И. Ф. Никель/И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.611.)

· Взаимодействие никеля с солями.

В силу малой химической активности никеля такие соединения как сода (Na₂CO₃), поташ (K₂CO₃) не взаимодействуют с металлом.

Ni + Na₂CO₃→

Ni + K₂CO₃→

Однако, такие малоактивные металлы как медь (Cu) никель вытесняет из солей

“Никель один из самых активных металлов — катализаторов. Ката-

литическая активность никеля зависит от степени дисперсности порошка,

его чистоты и методики его получения. Каталитическими свойствами об-

ладают многие сплавы никеля с алюминием, молибденом и с другими

элементами, а также и некоторые соединения: оксид, сульфид, бориды

никеля и другие.”[14]

10. Никель //Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.110-111.

Грибовская И. Ф. Никель/ И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.610-613.

Федоров П. И. Никель/ П. И. Федоров// Химическая энциклопедия.-1992.-Т.3.-С.240-242.

Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство Металлургия, 1985.-С.481-492.

[2] Никель //Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.110-111.

[3] Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство Металлургия, 1985.-С.481-492.

[4] Пешкова В. М. Аналитическая химия никеля / В. М. Пешкова, В. М. Савостина.-Москва: Издательство наука, 1966.-C.5-7.

[5] Пешкова В. М. Аналитическая химия никеля / В. М. Пешкова, В. М. Савостина/.-Москва: Издательство наука, 1966.-C.5-7.

[6] Никель //Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.110-111.

Грибовская И. Ф. Никель/ И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.610-613.

[7] Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство: Металлургия, 1985.-C.490.

[8] Глинка Н. Л. Общая химия/ Н. Л. Глинка.-Москва: Издательство Интегралл-Пресс, 2002.-С.529.

[9] Глинка Н. Л. Общая химия/ Н. Л. Глинка.-Москва: Издательство Химия, 1985.-С.673-675.

[10] Грибовская И. Ф. Никель/ И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.610-613.

[11] Никель //Большая советская энциклопедия/.-1939.-Т42.-С.111.

[12] Грибовская И. Ф. Никель/ И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.611.

Глинка Н. Л. Общая химия/ Н. Л. Глинка.-Москва: Издательство Интегралл-Пресс, 2002.-С.529.

[13] Глинка Н. Л. Общая химия/ Н. Л. Глинка.-Москва: Издательство Химия, 1985.-С.673-675.

Диогенов Г. Г. Никель: прошлое, настоящее, будущее/ Г. Г. Диогенов// Химия в школе.-2001.-№8.-С.90-92

[14] Грибовская И. Ф. Никель/ И. Ф. Грибовская//Большая советская энциклопедия/.-1974.-Т17.-С.610-613.

Дриц М. Е. Свойства элементов / М. Е. Дриц [и др.].- Москва: Издательство Металлургия, 1985.-С.490.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: