Школьный опыт - вытеснение Cu из CuSO4

[Папа_школьника]

Делали школьный опыт - в раствор медного купороса положили (справа налево) гранулу алюминия, гранулу цинка и предположительно стальную скрепку.  Через 2 часа цинка уже не видно за бурым налётом , а алюминий и скрепка никак не изменились (см. фото).  Разве алюминий не самый активный из трех металлов и не должен ли он вытеснять медь наиболее активно?

[Леша гальваник]

Имхо, скрепка как минимум никелированная (в руках бы подержать/посмотреть). А у алюминия окисная пленка мешает - снять бы ее в растворе гидроксида натрия (крота) примерно 100 г/л содержание (там сами увидите как снимается - поначалу редкие пузырьки, потом чаще, еще чаще, и вот уже пузырит вся поверхность - это буквально минуты времени), потом промыть и в раствор медного купороса.

Изменено 12 Марта, 2020 в 23:48 пользователем Леша гальваник

[Папа_школьника]

Только что, Леша гальваник сказал:

Имхо, скрепка как минимум никелированная (в руках бы подержать/посмотреть). А у алюминия окисная пленка мешает - снять бы ее в растворе гидроксида натрия (крота) примерно 100 г/л содержание (там сами увидите как снимается - поначалу редкие пузырьки, потом чаще, еще чаще, и вот уже пузырит вся поверхность - это буквально минуты времени), потом промыть и в раствор медного купороса.

Спасибо, а какую концентрацию щелочи лучше сделать? У меня нет крота, у меня просто сухой NaOH.  Наверно, немного надо, нужно ведь просто одну гранулу окунуть.  И как не передержать? Насколько я понимаю, там сначала с оксидом комплексная соль получится, а потом и с самим алюминием реакция пойдет?

2NaOH + Al₂O₃ + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

а потом

2Al + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3H₂

 

[Папа_школьника]

Только что, Леша гальваник сказал:

Имхо, скрепка как минимум никелированная (в руках бы подержать/посмотреть). А у алюминия окисная пленка мешает - снять бы ее в растворе гидроксида натрия (крота) примерно 100 г/л содержание (там сами увидите как снимается - поначалу редкие пузырьки, потом чаще, еще чаще, и вот уже пузырит вся поверхность - это буквально минуты времени), потом промыть и в раствор медного купороса.

И кстати, на пробирке с цинком пробка вылетела.  Это наверное избыток цинка уже с водой реагирует с выделением водорода, да?

Zn + 2 H₂O = Zn(OH)₂ + H₂ 

[aversun]

Только что, Папа_школьника сказал:

И кстати, на пробирке с цинком пробка вылетела.  Это наверное избыток цинка уже с водой реагирует с выделением водорода, да?

Zn + 2 H₂O = Zn(OH)₂ + H₂ 

Или с серной кислотой гидролиза.

[Paul_S]

Соли добавить, и алюминий подтянется! 

[Krolikoff]

Скрепки обычно делают никелированными, чтобы не ржавели. Доступный образец железного изделия - обычные неоцинкованные гвозди.

[Папа_школьника]

Только что, Krolikoff сказал:

Скрепки обычно делают никелированными, чтобы не ржавели. Доступный образец железного изделия - обычные неоцинкованные гвозди.

Этого добра завались  - сегодня повторю с гвоздём)

[Папа_школьника]

1 час назад, Paul_S сказал:

Соли добавить, и алюминий подтянется! 

А можно поподробнее? Если очень много соли в растворе, то оксидная пленка исчезнет? А какая это реакция?

 

Насколько я понимаю, пока оксид алюминия не начал реагировать, будет происходить гидролиз купороса:

CuSO₄ + 2H₂O = Cu²⁺  SO₄^2-  2H₂O = Cu(OH)₂ (слаб осн - по табличке должно выпадать в осадок) + 2H⁺ + SO₄^2-  (сильная кислота)

А то, что между Cu и H₂O реакция вообще то не идёт, это не мешает, потому что здесь связываются ионы?

 

А дальше что? реакция нейтрализации, так?

6 H⁺ + 3 SO₄^2-  + Al₂O₃ = Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂O, или в растворе 2 Al³⁺  3SO₄^2- + H₂O. То есть по сути, ионы водорода, оставшиеся без ОН^- после выпадения в осадок гидроксида меди, теперь отрывают кислород от оксида и тем высвобождают катионы Al³⁺, правильно?

 

Ок, если так, то вот мы добрались до алюминия под оксидной пленкой, и у нас есть как ионы Al³⁺ из оксида, так и свободный алюминий.  Судя по книжке, ионы Al³⁺ должны связываться в слабое нерастворимое основание Al(OH)₃, выпадающее в осадок, а свободный алюминий по книжке должен в реакции с водой давать также гидроксид и водород:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂ газ

 

Если всё так, то вопрос такой: а как вообще тут свободная медь может "выделиться"? По логике, ей должен вернуть электроны более активный алюминий, но где они тут встретятся? Если только не вся медь выпадет в осадок в виде Cu(OH)² в самом начале и какая-то часть Cu²⁺ дождется появления Al⁰ из-под оксида?

Изменено 13 Марта, 2020 в 10:44 пользователем Папа_школьника

[Папа_школьника]

7 часов назад, aversun сказал:

Или с серной кислотой гидролиза.

Пардон, был неправ - проверил по книжке, Zn правее алюминия и следовательно в реакции с водой должен давать оксид (не гидроксид) и водород.  

Таким образом, идут сразу следующие реакции:

 

1. Окисление цинка

Zn + H₂O = ZnO + H₂ газ

 

2. Гидролиз купороса

CuSO₄ + 2H₂O = Cu²⁺  SO₄^2-  2H₂O = Cu(OH)₂ (слаб осн - по табличке должно выпадать в осадок) + 2H⁺ + SO₄^2-  (сильная кислота)(остаток сильной кислоты)

 

3. Как-то должна выделиться свободная медь Cu⁰ ? Типа, те ионы Cu²⁺, которые еще не успели связаться и выпасть как Cu(OH)₂, соприкасаясь с ещё не успевшим окислиться Zn⁰, вступают ним в ОВР и в растворе остаётся плавать Zn²⁺ , а Cu⁰ оседает на месте соприкосновения, то есть на грануле цинка?

 

И где тут цинк реагирует с серной кислотой гидролиза с выделением H₂? Реакцию с оксидом вижу: 

2H⁺ + SO₄^2-  + ZnO = Zn²⁺  SO₄^2- + H₂O