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.
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
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.
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.
| Металл | Разбавленная HCl | Продукт соли |
|---|---|---|
| Mg | Выделяется H₂ | MgCl₂ |
| Zn | Выделяется H₂ | ZnCl₂ |
| Fe | Выделяется H₂ | FeCl₂ |
| Cu | H₂ в обычных условиях не выделяется | По 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.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
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.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
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).
- До реакции
Fe и раствор CuSO₄.
- Изменение
Fe входит в соль; Cu выделяется.
- 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.
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.
Перед прогнозом реакции проверь условия
МЕТАЛЛ + РЕАГЕНТ
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 среда | Результат в учебной схеме |
|---|---|
| Na + вода | NaOH и H₂ |
| Mg + нагретая вода | Mg(OH)₂ и H₂ |
| Раскалённое Fe + пар | Fe₃O₄ и H₂ |
| Al + вода, целая плёнка | Реакция 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.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
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