(20220223补充修改)
第一个原因(可能是主要原因):氯离子的影响
氯离子能活化金属表面,因为氯离子体积小,容易侵入金属及其表面氧化物的晶格,氯离子还有较强的配位能力,能络合反应后生成的金属离子,进一步推动反应进行,硫酸根离子则基本没有这些能力。
金属铝和金属铁与冷的稀硫酸反应都很慢,加热后反应才明显进行。金属铝与20%左右的冷稀硫酸几乎不反应,放置一天也不见明显反应,即使事先除去铝表面的氧化膜,也少见反应,但金属铝即使不除去氧化膜,与10%左右的冷稀盐酸一起放置一段时间,就会发生较为剧烈的反应。
即使是金属锌,与稀盐酸反应也比与稀硫酸反应要剧烈一些,实验室制取氢气比较快速的方法是:用锌与6mol/L(体积比约1:1,即1体积市售37%浓盐酸加1体积水稀释)稀盐酸反应,并在稀盐酸中加入少量氯化铜或者硫酸铜(形成铜锌原电池可进一步加速反应),这一反应在250ml启普发生器中进行,很适用于中学化学课堂演示,反应剧烈,氢气流量大,验纯点燃后可见数厘米高的明显火焰。
第二个原因:硫酸的第二级电离不完全
硫酸在稀水溶液中,第一级电离完全,但第二级电离并不完全:
第二级电离的平衡常数在 数量级,与磷酸或者亚硫酸的第一级电离基本相当,只相当于中强酸,中学化学认为硫酸两级电离都完全,实际是不准确的。
2mol/L稀硫酸(体积比约1:8)的氢离子浓度,实际上明显低于4mol/L稀盐酸(体积比约1:2),按照中学化学标准“氢离子浓度相同”的稀硫酸和稀盐酸,实际上稀硫酸的氢离子浓度比稀盐酸要明显低一些。
第三个原因:铁钉的材质也可能带来影响
铁钉如果是低碳钢材质(市售铁钉一般都是这种材质,表面再镀锌),只要将稀硫酸微热到60—70摄氏度,就会开始明显反应了,一旦反应进行到较快的速率,就可以停止加热,因为铁与稀硫酸反应本来就是放热的,冷稀硫酸与铁的反应确实比较慢。
工业上用钢铁酸洗后的废酸(含有百分之几的残余硫酸,还含有较多的硫酸铁和硫酸亚铁)生产硫酸亚铁(绿矾),可将废酸与废铁屑反应,但要用蒸汽将废酸加热到60摄氏度以上,才能有效反应。
如果钉子是不锈钢等材质,与稀硫酸反应就很困难,有时即使加热也不容易反应,但有些不锈钢是可以与稀盐酸反应的,原因也是氯离子的作用。
即使是低碳钢材质的铁钉,是否经过热处理等因素,也可能影响铁与稀硫酸的反应,这个问题就比较复杂了,同样是低碳钢制造的镀锌低碳钢丝,即一般市售的软铁丝,选取较细的,用砂纸打磨去表面镀锌层后,投入冷稀硫酸中,虽然反应一般缓慢,但仍可看到明显气泡冒出。
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