希硫酸について

質問

高校３年生のものです。
化学の問題をやっていて思ったのですが、銅はなぜ希硫酸や塩酸に溶けないのでしょうか？
また銅と同じように希硫酸、塩酸に溶けない金属は他にどんなのがありますか？

回答No.3

htms42

酸が「金属」や「金属の化合物」を溶かすという性質は昔からよく知られていたことです。酸がよく利用されてきた理由もこの性質があるからです。

でもこの２つは反応の性格としては異なるものです。
「金属」を溶かすという場合、酸は酸化剤として働いています。
「金属の化合物」を溶かすという場合、酸は酸化剤ではありません。酸化還元反応ではなくて中和反応になります。

酸はＨ^＋を放出する働きを持っているということは習っていますね。
中和反応は相手の塩基の出すＯＨ^－とこのＨ^＋が反応します。Ｈ２Ｏが生じますがＨはＨ２ＳＯ４という化合物からＨ２Ｏという化合物に変わっています。化合物から化合物です。
酸と金属との普通の反応でもこのＨ^＋が働きます。相手の金属を金属イオンに変えるのです。代わりにＨ^＋はイオンでなくなります。水素ガスＨ２が発生します。化合物から単体への変化が起こっています。立場が入れ替わるのですから正のイオンになる性質の強弱が問題になります。イオン化傾向はこの強弱を表したものです。

金属が酸と反応すれば金属はイオンになります（酸に溶けるというのは生じた化合物が水に溶ける場合です）。この場合金属は酸化されています。酸化剤は酸です。どのような反応であるかは関係ありません。濃硫酸と希硫酸とで反応が違っていますがどちらの場合も硫酸は酸化剤です。
希硫酸ではＨ^＋だけが反応します。
ＭｇやＺｎが希硫酸に溶けるという場合はこの反応です。
２Ｈ^＋＋Ｍｇ　→　Ｈ２＋Ｍｇ^２＋

濃硫酸を加熱すると別の酸化作用がでてきます。
Ｈ２ＳＯ４＋２Ｈ^＋＋２ｅ^－→２Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２
Ｓの状態が変化しています。この式の中のＨ＋は別の硫酸分子からでてきたものですから酸としての働きも持っています。
この仕組みの酸化作用の方が強いので希硫酸とは反応しない銅が熱濃硫酸とは反応します。（反応はどんどん続きます。でも生じたＣｕＳＯ４が濃硫酸の入った試験管の底にたまりますので「溶ける」という表現には「？」がつきそうです。濃硫酸の中にはＣｕＳＯ４を溶かすのに十分な水がないからです。）

硝酸には別の仕組みが２つあります。
ＨＮＯ３＋Ｈ^＋＋ｅ^－→Ｈ２Ｏ＋ＮＯ２　（濃硝酸）
ＨＮＯ３＋３Ｈ^＋＋３ｅ^－→２Ｈ２Ｏ＋ＮＯ　（希硝酸）

硫酸や硝酸は「酸化力のある酸」と呼ばれています。酸に共通の酸化作用以外の、別の仕組みの酸化作用を持っているからです。
これに対して普通の酸は「酸化力のない酸」という分類になります。でも酸化力のない酸もＨ＋の関係する酸化作用は実現できます。
混乱させる言葉つかいです。

ＨＣｌのような酸の場合はＨ＋の関係する酸化作用しかありません。後ろのＣｌ－は酸化作用を示すことができません。
授業で
「Ｍｇ＋２ＨＣｌ→ＭｇＣｌ２＋Ｈ２という反応でＨＣｌは酸化剤だ」という説明をすると
『教科書には「ＨＣｌは酸化力のない酸」と書いてあるが？』
という質問がでてきます。何度も経験しました。

回答No.2

nezg-fhero

希硫酸は酸性の水溶液つまり、塩酸とかと一緒なので、イオン化傾向の低い金属は溶けません。

濃硫酸は、酸という扱いではなく、酸化剤として機能しますので、溶かすもの、使われる反応に希硫酸と違いがあります。

回答No.1

Ichitsubo

イオン化傾向と絡めて考える事柄です。
イオン化傾向とは、おおざっぱに言って、金属が陽イオンになる性質のことで、金属の種類によって程度の差があります。
「K Ca Na……(かそうかな……」はその順番を表しています。
この順によると、「…Pb (H2) Cu Hg…」ですから、銅は水素よりも陽イオンになりにくいと分かります。つまり水素がH^+、銅がCuになっている状態は良い感じ(安定)です(だって水素のほうが陽イオンになりやすいのですから)。しかし、水素がH2、銅がCu^2+になっている状態は、この二つを比べて陽イオンになりにくい銅がイオンになっていて、なりやすい水素がイオンではないので不安定な状態です。
普通は、安定な状態から不安定な状態には、ひとりでにはかわりません。
H^+とCuが共存している状態から、H2とCu^2+が共存する状態には変わりにくいのです。

ところで、金属が酸に溶けるというのはどういうことでしょう。
私は「金属が酸に溶ける」という表現は嫌いです。これは本質を言った言葉ではないからです。
"マグネシウムが希硫酸に溶ける"という反応の本質は、「水素イオンによって金属マグネシウムが酸化されマグネシウムイオンになる」というものです。反応式で書くと、
2H^+ ＋ Mg → H2 ＋ Mg^2+
となります。
先ほどのイオン化傾向で考えると、左辺より右辺のほうが安定なのでこれは自然に起こります。ではご質問の「なぜ銅は、マグネシウムが希硫酸と反応するように、希硫酸に反応して溶けないのか」を考えます。
仮に、反応するとしましょう。反応式は次の通りになるはずです。
2H^+ ＋ Cu → H2 ＋ Cu^2+
イオン化傾向を考えると、左辺より右辺が不安定で、こんな反応は起こりにくいというのが分かります。
よって「銅は希硫酸とは反応せず、溶けない」と言えるのです。

イオン化傾向を考えれば、希硫酸や希塩酸、酢酸水溶液などに溶けない金属はもっとあると分かりますね。

なお、鉛は希硫酸や希塩酸と反応しますが溶けません。鉛の表面だけは反応し、硫酸鉛や塩化鉛を作ります。これら硫酸鉛や塩化鉛は水に非常に溶けにくく、また、この反応が内部まで進まないという理由があります。（酢酸水溶液だと、反応した後の物質が水にわりと溶けますが)