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.
Металл замещает водород в кислоте
При взаимодействии цинка с соляной кислотой образуются хлорид цинка и водород: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Атомы Zn занимают место водорода в соединении с кислотным остатком, а атомы H объединяются в двухатомные молекулы.
Наблюдают пузырьки газа и уменьшение кусочка металла. После реакции металл не исчезает бесследно: он входит в состав соли в растворе. Кислотный остаток Cl присутствует и в исходной кислоте, и в продукте.
Металл Zn
Переходит в состав соли
Остаток Cl
Сохраняется в ZnCl₂
Водород H
Образует молекулы H₂
Итог
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
В подходящих реакциях металл вытесняет водород из кислоты. Получаются соль и газообразный H₂.
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.
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.
| 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 |
Активность металла определяет возможность вытеснения водорода. Правило применяют с учётом вида и концентрации кислоты.
Лабораторная стеклянная посуда
Лабораторная посуда помогает наблюдать вещества и их превращения в контролируемых условиях.
Diane A. Reid / National Cancer Institute · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы водорода H₂
Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.
Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Почему это реакция замещения
В реакции Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ простое вещество реагирует со сложным. Получаются новое сложное вещество и новое простое. Такой обмен местами атомов соответствует школьному определению реакции замещения.
Коэффициент 2 перед HCl нужен двум атомам Cl в ZnCl₂ и двум атомам H в молекуле H₂. Для железа и разбавленной серной кислоты запись имеет вид Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂. Оба уравнения проверяют подсчётом каждого элемента.
Общая схема
Металл + кислота → соль + водород
Хлорид
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
Сульфат
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
Реакция металла с подходящей кислотой относится к замещению. Коэффициенты отражают сохранение всех атомов.
Наблюдение и объяснение — не одно и то же
Фраза «выделяются пузырьки» — наблюдение, а «образуется водород» — химическое объяснение на основе изученной реакции. Видимый газ нельзя считать водородом только потому, что он бесцветный. Для распознавания нужны сведения о реагентах и соответствующая лабораторная проверка.
В учебной модели важнее проследить судьбу каждого элемента. Цинк переходит в раствор в составе соли, водород покидает его в виде газа. Если сосуд открыт, масса его содержимого уменьшается на массу ушедшего газа, но общая масса всех продуктов сохраняется.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Что видно | Металл уменьшается; поднимаются пузырьки | Наблюдение |
| Что объясняем | Образуются ZnCl₂ и H₂ | Модель реакции |
| Что учитываем | Газ выходит за границу сосуда | Баланс массы |
Наблюдения сопоставляют с составом реагентов и продуктов. Уход газа не нарушает закон сохранения массы.
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, 7 класс», § 21. Материал переработан для объяснения; источник: 7 класс. Химия — § 21. Взаимодействие кислот с металлами.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах