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.
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.
Окисление
Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻
С кислородом
2Mg + O₂ → 2MgO
С хлором
Mg + Cl₂ → MgCl₂
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.
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.
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).
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.
До реакции
Fe и раствор CuSO₄.
Изменение
Fe входит в соль; Cu выделяется.
После реакции
FeSO₄ и простое вещество Cu.
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.
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.
| 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, 9 класс», § 42. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 42. Общие химические свойства металлов.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