ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 44
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 44. Общие химические свойства металлов

Как ряд активности, среда и поверхность вместе определяют реакцию металла?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как ряд активности, среда и поверхность вместе определяют реакцию металла?

Исследуем вместе

Одна кислота — разные металлы

Выбирай металл в разбавленной соляной кислоте. Модель покажет, образуется ли H₂, и объяснит причину.

Показан качественный результат, а не реальная скорость реакций. Для азотной и концентрированной серной кислот эта схема не переносится автоматически.

01

Металлы в реакциях отдают электроны

При образовании соединений атом металла обычно превращается в положительный ион. Запись Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ описывает окисление. Металл при этом выступает восстановителем, потому что передаёт электроны другому участнику.

Окисление
Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻
С кислородом
2Mg + O₂ → 2MgO
С хлором
Mg + Cl₂ → MgCl₂
Как это понимать

С кислородом, галогенами и серой продукты различаются, но электронный смысл сходен. Например, 2Mg + O₂ → 2MgO и Mg + Cl₂ → MgCl₂. Возможность и скорость реакции зависят от металла, поверхности и условий.

При образовании соединений атом металла обычно превращается в положительный ион. Запись Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ описывает окисление.

02

Не каждый металл вытесняет водород

Металлы различаются по активности. Магний, цинк и железо реагируют с разбавленной соляной кислотой с выделением H₂, а медь в обычных условиях его из неё не вытесняет. Для прогноза используют ряд активности металлов.

МеталлРазбавленная HClПродукт соли
MgВыделяется H₂MgCl₂
ZnВыделяется H₂ZnCl₂
FeВыделяется H₂FeCl₂
CuH₂ в обычных условиях не выделяетсяПо этой схеме продукт не образуется

В рассматриваемом правиле металлы, расположенные до водорода, способны вытеснять его из подходящих неокисляющих кислот. Азотная и концентрированная серная кислоты имеют особенности; переносить на них схему «металл + кислота → H₂» нельзя. Рассматриваем разбавленные HCl и H₂SO₄; азотная и концентрированная серная кислоты требуют других правил.

Активность металла определяет возможность вытеснения водорода. Правило применяют с учётом вида и концентрации кислоты.

Горение магния

Горение магния сопровождается ярким светом и образованием оксида магния.

Alvy16 · Wikimedia Commons · CC BY 4.0. Без изменений.

Чистое железо и кубик для сравнения размеров

Образец железа и куб объёмом 1 см³: металлическое вещество отличается от оксидов и ржавчины.

Heinrich Pniok / Alchemist-hp · Wikimedia Commons · Free Art License. Без изменений.

03

Металл вытесняет другой металл

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu: более активное железо переводит медь из соли в простое вещество. На железе появляется медь, а железо входит в раствор как соединение железа(II).

  1. До реакции

    Fe и раствор CuSO₄.

  2. Изменение

    Fe входит в соль; Cu выделяется.

  3. После реакции

    FeSO₄ и простое вещество Cu.

Пользуются рядом активности, но учитывают водную среду. Очень активные Na, K и Ca реагируют с водой, поэтому их нельзя механически подставлять в схему вытеснения из водных растворов. Обратная реакция Cu с FeSO₄ так не идёт.

Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора соли. Водная среда ограничивает применение общей схемы.

04

Вода и защитная плёнка меняют картину

Na и Ca реагируют с водой с выделением H₂ и образованием гидроксидов. Mg с холодной водой реагирует медленно, при нагревании заметнее; раскалённое железо взаимодействует с паром, образуя Fe₃O₄. Одна стрелка ряда активности не описывает все условия.

Наглядное объяснение

Перед прогнозом реакции проверь условия

МЕТАЛЛ + РЕАГЕНТ

Перед прогнозом реакции проверь условияКакая среда?Вода, раствор соли или конкретная кислота1Доступна ли поверхность?Плёнка может затруднить взаимодействие2Какой окислитель?Не всегда H⁺; HNO₃ требует отдельного анализа3

Ряд активности — часть рассуждения. Очень активный металл в растворе соли часто реагирует прежде всего с водой.

У Al защитная поверхностная плёнка затрудняет реакцию с водой, хотя сам металл активен. Очень активные металлы в водных растворах солей часто реагируют прежде всего с водой, поэтому простое правило вытеснения металла имеет ограничения. Ряд активности применяют с учётом среды. Fe вытесняет Cu из CuSO₄: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Но Na в водном растворе соли прежде всего взаимодействует с водой, поэтому обычная схема прямого вытеснения не подходит. HNO₃ и концентрированная H₂SO₄ тоже требуют отдельного анализа: их окислитель может восстанавливаться без выделения H₂.

Подробности: понятия и примеры
Металл и средаРезультат в учебной схеме
Na + водаNaOH и H₂
Mg + нагретая водаMg(OH)₂ и H₂
Раскалённое Fe + парFe₃O₄ и H₂
Al + вода, целая плёнкаРеакция затруднена

Na и Ca реагируют с водой с выделением H₂ и образованием гидроксидов. Mg с холодной водой реагирует медленно, при нагревании заметнее; раскалённое железо взаимодействует с паром, образуя Fe₃O₄.

Соберём главное

Шесть выводов

01При образовании соединений атом металла обычно превращается в положительный ион. Запись Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ описывает окисление.
02Активность металла определяет возможность вытеснения водорода. Правило применяют с учётом вида и концентрации кислоты.
03Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора соли. Водная среда ограничивает применение общей схемы.
04Na и Ca реагируют с водой с выделением H₂ и образованием гидроксидов. Mg с холодной водой реагирует медленно, при нагревании заметнее; раскалённое железо взаимодействует с паром, образуя Fe₃O₄.
05В рассматриваемом правиле металлы, расположенные до водорода, способны вытеснять его из подходящих неокисляющих кислот. Азотная и концентрированная серная кислоты имеют особенности; переносить на них схему «металл + кислота → H₂» нельзя.
06У Al защитная поверхностная плёнка затрудняет реакцию с водой, хотя сам металл активен. Очень активные металлы в водных растворах солей часто реагируют прежде всего с водой, поэтому простое правило вытеснения металла имеет ограничения.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Роль Mg в 2Mg + O₂ → 2MgO?
2. Сколько электронов отдаёт Mg до Mg²⁺?
3. Какой металл вытесняет H₂ из разбавленной HCl?
4. Может ли Cu вытеснить Fe из FeSO₄ в обычной схеме?
5. Результат Zn + CuSO₄?
6. Почему Na нельзя рассматривать только как вытеснитель металла из водной соли?
7. Продукт Fe + CuSO₄ в обычной водной реакции…
8. Почему Na в водной соли сначала рассматривают с учётом воды?
9. На какие кислоты нельзя безоговорочно переносить выделение H₂ металлом?
10. Что может ограничивать реакцию активного металла?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 44. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 44. Общие химические свойства металлов.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…