Химия - 8-9 класс

В водных растворах протекает множество ОВР. Простейшие из них – реакции металлов с растворами солей и кислот.

Рассмотрим, что произойдет, если поместить металл в раствор, уже содержащий ионы другого металла, например, кусочек железа поместить в раствор сульфата меди?

Склонность отдавать электроны у атома меди существенно меньше, чем у атома железа, поэтому ионы меди оказываются способными оторвать электроны у атомов железа, превратив их таким образом в ионы железа. Сами же ионы меди превращаются при этом в нейтральные атомы:

Ионы железа(II) гидратируются, а атомы меди соединяются металлической связью в кристаллы меди, которые и образуются на поверхности железа:

Fe_кр + Cu²_aq = Fe²_aq + Cu_кр, или Fe_кр + CuSO_4р = FeSO_4р + Cu_кр.

Убедимся в том, что это ОВР, составив уравнения электронного баланса:

Fe⁰ – 2e^– = Fe^+II

Cu^+II + 2e^– = Cu⁰.

Таким образом, атомы железа в этой реакции окисляются, а ионы меди(II) восстанавливаются.

По виду " молекулярного" уравнения эта реакция относится к реакциям замещения.

Часто говорят, что железо " вытесняет" медь из раствора ее соли. А будет ли, например, железо вытеснять магний из раствора его соли, или, наоборот, магний вытеснит железо? Для ответа на этот и подобные вопросы удобно выстроить атомы металлов в ряд по уменьшению их способности отдавать электроны и переходить в раствор в виде ионов. На первый взгляд, для составления такого ряда достаточно было бы воспользоваться значениями молярной энергии ионизации атомов элементов, образующих металлы. Но здесь нам придется вспомнить, что атомы металлов не просто переходят в раствор в виде ионов, но при этом еще и гидратируются, а при гидратации выделяется энергия. Чем больше энергия гидратации, тем устойчивее такой гидратированный ион и тем легче атомы такого металла образуют ионы и переходят в раствор.

Построенный с учетом всего этого ряд называется электрохимическим рядом напряжений металлов или просто рядом активности металлов. Пользуясь последним названием следует помнить, что здесь под словом " активность" понимается только способность атомов металла отдавать свои валентные электроны и переходить при этом в раствор в виде ионов. Никакого отношения к активности металлов в других условиях этот ряд не имеет. Поэтому в ряду активности металлов обычно приводят и формулы ионов, образующихся при переходе атомов металла в раствор. Электрохимический ряд напряжений металлов приведен в приложении 12. Как видите, в этих условиях наиболее активным металлом является литий, а наименее активным – золото.

Металл, стоящий в ряду напряжений левее, " вытесняет " из раствора соли любой металл, стоящий в этом ряду правее.

Но так происходит только в том случае, если оба металла не реагируют с водой. Следовательно, магний без побочных реакций " вытеснит " любой металл, стоящий правее него в ряду напряжений, из раствора его соли, а при взаимодействии кальция с тем же раствором прежде всего будет выделяться водород (кроме того, будут протекать и другие реакции; какие?).

В качестве примера составим уравнение реакции магния с раствором нитрата свинца (заполненный шаблон – см дальше).

Напротив, если мы поместим кусочек меди в раствор нитрата цинка, то никакой реакции протекать не будет, так как медь в ряду напряжений стоит правее цинка и не может " вытеснить" его из раствора.Внимательно рассмотрев ряд напряжений, вы обнаружите в нем водород и ион оксония. Вот с чем это связано.

Исходные вещества	Mg	Pb(NO3)2
Взаимодействие их с водой	Не реагирует	Pb(NO3)2 Pb2aq + 2NO 3aq
Перечень частиц, оказавшихся в растворе (и не реагирующих с водой веществ) до начала реакции	Mg, Pb2aq , NO3 aq , H2O (Магний в ряду напряжений стоит левее свинца, следовательно он " активнее" , чем свинец)
Ионное уравнение	Mg + Pb2aq =Mg2aq + Pb
Перечень частиц в растворе после завершения реакции	Mg2, NO3 , H2O
Проверка	Эти частицы между собой не реагируют
" Молекулярное" уравнение	Mg + Pb(NO3)2р = Mg(NO3)2р + Pb