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.
Индикатор делает среду видимой
Индикаторы — вещества, изменяющие окраску в зависимости от среды раствора. В достаточно кислой среде лакмус красный, метилоранж красный, а фенолфталеин бесцветный. Цвет показывает характер среды, но не точное название кислоты.
Растворы разных кислот могут одинаково окрашивать один индикатор. Бесцветность фенолфталеина не доказывает отсутствие кислоты: он бесцветен и в нейтральной среде. Нельзя проверять лабораторные вещества на вкус; для наблюдения используют подходящие индикаторы.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Лакмус | Кислая среда: красный | Помогает отличать от щелочной |
| Метилоранж | Достаточно кислая среда: красный | Окраска меняется в интервале кислотности |
| Фенолфталеин | Кислая среда: бесцветный | Такой же вид возможен в нейтральной среде |
Индикаторы выявляют характер среды раствора. По одному цвету нельзя определить точное вещество и его концентрацию.
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.
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
Шкала универсального индикатора
Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.
A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
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. Рассматриваем разбавленные HCl и H₂SO₄; азотная и концентрированная серная кислоты требуют других правил.
| 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.
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.
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, 8 класс», § 17. Материал переработан для объяснения; источник: 8 класс. Химия — § 17. Химические свойства кислот. Изменение окраски индикаторов.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