希硫酸を加えた時のPbとCaの反応の違い

質問

鉛Pbに希硫酸H2SO4を加えると、難溶性の塩PbSO4が被膜となって、反応が停止しますが、
カルシウムCaに希硫酸H2SO4を加えても反応は停止しません。塩CaSO4も難溶性なのに。
この違いって、
PbはH2SO4の水素イオンH^+によって、Caは水H2Oによって酸化されてから、
　Pb＋２H^+ → Pb^2+＋H2
　Ca＋２H2O → Ca(OH)2＋H2
硫酸（イオン）と反応する点にあるのだと私は思います。
　Pb^2+＋SO4^2- → PbSO4↓
　Ca(OH)2＋H2SO4 → CaSO4↓＋２H2O　（中和反応）
簡単に言うと、
Pbは水と反応しないが、Ca（などのアルカリ土類金属）は水と反応する点です。
もしそうだとしたら、この点がどのようにして、
「PbSO4は単体Pbを覆い、CaSO4は単体Caを覆わない」
という違いにかかわってくるのでしょうか？

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

>PbSO4は単体Pbを覆い、CaSO4は単体Caを覆わない
これは単純にイオン化傾向で考えればいい話だと思います。
というと一見溶解(度)積を無視しているように思われるかも知れませんが、
イオン化傾向が大きいと云うことは早い話イオン化するときの発熱量(正しくはほぼ系の負のエンタルピー変化)が大きいと云うことです。
鉛の硫酸塩は生成時に大きな発熱はしませんが、カルシウムと希硫酸は爆発的に反応します。
この熱で表面にある微量の水分が気化し硫酸カルシウム被膜を吹き飛ばします。
最終的には水和した硫酸カルシウム水和物(石膏)が出来ますが、過程が大きな発熱だと様々な付随効果を考えに入れなくてはなりません。

お礼

ご教授感謝します。
犯人は大量発熱による水蒸気発生でしたか。
納得です。

回答No.2

Saturn5

ＣａＳＯ４に関してはかつてセンター試験でも論争になりました。
1998年の化学１Ｂの第３問・問２ですが、
気体発生の材料Ａ・Ｂと発生気体Ｃ、捕集法Ｄの組み合わせを答える問題です。
　　Ａ　　　　　　　Ｂ　　　　　　　Ｃ　　　　　　　Ｄ
(1)亜鉛　　　　　希硫酸　　二酸化炭素　　水上置換
(2)硫化鉄（II）　　希塩酸　　硫化水素　　　上方置換
(3)石灰石　　　　希硫酸　　　　二酸化炭素　　下方置換
(4)銅　　　　　希硝酸　　　　二酸化窒素　　水上置換
答えは(3)でした。
ここで、駿台・河合塾などの予備校が石灰石と希硫酸では不溶性の塩ができて
反応が進まないと質問状を出しました。
大学入試センターの解答は以下のようなものでした。
石灰石を粉末にして希硫酸の温度を上げれば反応は進行する。
といいながらも、翌年の発表には希硫酸が希塩酸に書き換えられていました。

この例でわかるように硫酸カルシウムも水に溶けないので、反応速度がかなり
遅くなります。これが硫酸鉛（II）と異なるところは溶解度ではないでしょうか？
ＣａＳＯ４は溶解度積 ２．３×１０＾－５　で水１００ｇに０．２ｇ溶けます。
これに対して、ＰｂＳＯ４は溶解度積が１．８×１０－８　です。

また、硫酸塩と単体の密着性も重要です。ＰｂＳＯ４はＰｂと密もも大きく変わらない
ので、かなり密着性が良いと考えられます。

一番大きな理由はDoc_Sundayさんが述べられているＣａのイオン化傾向の大きさでしょう。
アルカリ金属、アルカリ土類金属は常温の水と激しく反応して水素が発生します。
ですから、硫酸カルシウムがまわりを覆うことはできないのだと思います。

お礼

ご教授感謝します。
密着性という要因も関係していたとは意外でした。
化学って奥が深いですね。
大学進学が楽しみになりました。