Metalli pingete elektrokeemiline seeria on lõppenud. Mitmed standardsed elektroodide potentsiaalid (pinged). Nernsti võrrand. Mida näitab elektroodi potentsiaal?

Kui kogu standardsete elektroodipotentsiaalide seeriast valime ainult need elektroodiprotsessid, mis vastavad üldvõrrandile

siis saame metalli pingete jada. Lisaks metallidele sisaldab see seeria alati ka vesinikku, mis võimaldab teil näha, millised metallid on võimelised hapete vesilahustest vesinikku välja tõrjuma.

Tabel 19. Metalli pingete jada

Tabelis on toodud rida kõige olulisemate metallide pingeid. 19. Konkreetse metalli asukoht pingereas iseloomustab selle võimet läbida standardtingimustes vesilahustes redoks-interaktsioone. Metalliioonid on oksüdeerivad ained ja metallid lihtainete kujul on redutseerijad. Veelgi enam, mida kaugemal metall pingereas paikneb, seda tugevamad on vesilahuses oleva oksüdeerija ioonid ja vastupidi, mida lähemal metall seeria algusele on, seda tugevamad on lihtsa metalli redutseerivad omadused. aine - metall.

Elektroodi protsessipotentsiaal

neutraalses keskkonnas on see võrdne B-ga (vt lk 273). Seeria alguses olevad aktiivsed metallid, mille potentsiaal on oluliselt negatiivsem kui -0,41 V, tõrjuvad veest välja vesiniku. Magneesium tõrjub vesinikku välja ainult kuumast veest. Magneesiumi ja kaadmiumi vahel asuvad metallid ei tõrju üldjuhul veest välja vesinikku. Nende metallide pinnale moodustuvad oksiidkiled, millel on kaitsev toime.

Magneesiumi ja vesiniku vahel asuvad metallid tõrjuvad vesinikku happelahustest välja. Samal ajal tekivad mõnede metallide pinnale ka kaitsekiled, mis pärsivad reaktsiooni. Seega muudab alumiiniumil olev oksiidkile selle metalli stabiilseks mitte ainult vees, vaid ka teatud hapete lahustes. Plii ei lahustu madalamal kontsentratsioonil väävelhappes, kuna plii reageerimisel väävelhappega tekkiv sool on lahustumatu ja loob metalli pinnale kaitsekile. Metalli oksüdatsiooni sügava pärssimise nähtust, mis on tingitud kaitsvate oksiidi- või soolakilede olemasolust selle pinnal, nimetatakse passiivsuseks ja metalli olekut nimetatakse sel juhul passiivseks olekuks.

Metallid on võimelised üksteist soolalahustest välja tõrjuma. Reaktsiooni suuna määrab nende suhteline asukoht pingete reas. Selliste reaktsioonide konkreetsete juhtude kaalumisel tuleb meeles pidada, et aktiivsed metallid tõrjuvad vesinikku välja mitte ainult veest, vaid ka mis tahes vesilahusest. Seetõttu toimub metallide vastastikune nihkumine nende soolade lahustest praktiliselt ainult nende metallide puhul, mis asuvad magneesiumi järel.

Beketov oli esimene, kes uuris üksikasjalikult metallide väljatõrjumist nende ühenditest teiste metallide poolt. Oma töö tulemusena järjestas ta metallid vastavalt nende keemilisele aktiivsusele nihkeseeriaks, mis on metallide pingete jada prototüüp.

Mõnede metallide suhteline asend pingereas ja perioodilisustabelis esmapilgul ei vasta üksteisele. Näiteks perioodilise tabeli positsiooni järgi peaks kaaliumi keemiline aktiivsus olema suurem kui naatrium ja naatriumi - suurem kui liitium. Pingete seerias on liitium kõige aktiivsem ja kaalium on liitiumi ja naatriumi vahel keskmisel positsioonil. Tsingil ja vasel peaks vastavalt oma positsioonile perioodilisustabelis olema ligikaudu võrdne keemiline aktiivsus, kuid pingereas paikneb tsink palju varem kui vask. Sellise ebakõla põhjus on järgmine.

Perioodilises tabelis ühel või teisel positsioonil olevate metallide võrdlemisel võetakse vabade aatomite ionisatsioonienergiat nende keemilise aktiivsuse - redutseerimisvõime - mõõdupuuks. Tõepoolest, liikudes näiteks ülalt alla mööda perioodilise süsteemi I rühma peamist alarühma, väheneb aatomite ionisatsioonienergia, mis on seotud nende raadiuse suurenemisega (st väliste elektronide suurema kaugusega). tuumast) ja tuuma positiivse laengu suureneva skriinimisega vaheelektrooniliste kihtide abil (vt § 31). Seetõttu on kaaliumiaatomitel suurem keemiline aktiivsus – neil on tugevamad redutseerivad omadused – kui naatriumiaatomitel ja naatriumiaatomitel on suurem aktiivsus kui liitiumiaatomitel.

Kui võrrelda metalle pingereas, siis võetakse keemilise aktiivsuse mõõduks töö, mis toimub tahkes olekus metalli muundamisel vesilahuses hüdraatunud ioonideks. Seda tööd võib esitada kolme termini summana: pihustusenergia – metallikristalli muundumine isoleeritud aatomiteks, vabade metalliaatomite ionisatsioonienergia ja tekkivate ioonide hüdratatsioonienergia. Pihustamise energia iseloomustab antud metalli kristallvõre tugevust. Aatomite ioniseerimise energia – valentselektronide eemaldamine neist – on otseselt määratud metalli asukohaga perioodilisustabelis. Hüdratatsiooni käigus vabanev energia sõltub iooni elektronstruktuurist, selle laengust ja raadiusest.

Liitiumi- ja kaaliumiioonid, millel on sama laeng, kuid erinevad raadiused, loovad enda ümber ebavõrdsed elektriväljad. Väikeste liitiumioonide lähedal tekkiv väli on tugevam kui väli suurte kaaliumiioonide läheduses. Sellest on selge, et liitiumioonid hüdreerivad, vabastades rohkem energiat kui kaaliumiioonid.

Seega kulutatakse vaadeldava transformatsiooni käigus energiat pihustamisele ja ionisatsioonile ning energia vabaneb hüdratatsiooni käigus. Mida väiksem on kogu energiakulu, seda lihtsam on kogu protsess ja seda lähemal pingerea algusele antud metall paikneb. Kuid üldise energiabilansi kolmest liikmest ainult üks - ionisatsioonienergia - on otseselt määratud metalli positsiooniga perioodilisuse tabelis. Järelikult ei ole põhjust eeldada, et teatud metallide suhteline positsioon pingereas vastab alati nende positsioonile perioodilisuse tabelis. Seega osutub liitiumi puhul energia kogukulu väiksemaks kui kaaliumi puhul, mille kohaselt on liitium pingereas kaaliumi ees.

Vase ja tsingi puhul on energiakulu vabade aatomite ioniseerimiseks ja energia juurdekasv ioonide hüdratatsioonil lähedased. Kuid metalliline vask moodustab tugevama kristallvõre kui tsink, nagu on näha nende metallide sulamistemperatuuride võrdlusest: tsink sulab temperatuuril ja vask ainult temperatuuril. Seetõttu on nende metallide pihustamisele kuluv energia oluliselt erinev, mistõttu on kogu protsessi energiakulu vase puhul palju suurem kui tsingi puhul, mis seletab nende suhtelist asendit. metallid pingereas.

Veest mittevesilahustitesse üleminekul võivad metallide suhtelised positsioonid pingereas muutuda. Põhjus on selles, et erinevate metalliioonide solvatatsioonienergia muutub ühest lahustist teise liikudes erinevalt.

Eelkõige lahustub vase ioon mõnes orgaanilises lahustis üsna jõuliselt; See toob kaasa asjaolu, et sellistes lahustites paikneb vask pingereas enne vesinikku ja tõrjub selle välja happelahustest.

Seega, erinevalt perioodilisest elementide süsteemist, ei ole metallide pingete jada mingi üldise mustri peegeldus, mille põhjal on võimalik anda metallide keemiliste omaduste põhjalik karakteristik. Pingete jada iseloomustab ainult elektrokeemilise süsteemi "metall-metalliioon" redoksvõimet rangelt määratletud tingimustes: selles toodud väärtused viitavad vesilahusele, temperatuurile ja metalliioonide kontsentratsioonile (aktiivsusele).

metallid

Paljud keemilised reaktsioonid hõlmavad lihtsaid aineid, eriti metalle. Kuid erinevatel metallidel on keemilistes interaktsioonides erinev aktiivsus ja see määrab, kas reaktsioon toimub või mitte.

Mida suurem on metalli aktiivsus, seda jõulisemalt see reageerib teiste ainetega. Tegevuse järgi saab kõiki metalle järjestada jada, mida nimetatakse metallide aktiivsusreaks ehk metallide nihkereaks ehk metalli pingereaks, samuti metallide pingete elektrokeemilisteks jadateks. Seda seeriat uuris esmakordselt silmapaistev Ukraina teadlane M.M. Beketov, seetõttu nimetatakse seda sarja ka Beketovi sarjaks.

Beketovi metallide tegevusseerial on järgmine vorm (toodud on levinumad metallid):

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > > H 2 > Cu > Hg > Ag > Au.

Selles seerias on metallid paigutatud nende aktiivsuse vähenemisega. Antud metallidest on kõige aktiivsem kaalium ja kõige vähem aktiivne kuld. Selle seeria abil saate määrata, milline metall on teisest aktiivsem. Selles seerias on ka vesinik. Loomulikult ei ole vesinik metall, kuid selles seerias võetakse lähtepunktiks selle aktiivsus (mingi null).

Metallide koostoime veega

Metallid on võimelised vesinikku välja tõrjuma mitte ainult happelahustest, vaid ka veest. Nii nagu hapete puhul, suureneb metallide ja veega interaktsiooni aktiivsus vasakult paremale.

Metallid aktiivsussarjast kuni magneesiumini on normaalsetes tingimustes võimelised reageerima veega. Nende metallide koosmõjul tekivad leelised ja vesinik, näiteks:

Teised metallid, mis on aktiivsussarjas enne vesinikku, võivad samuti suhelda veega, kuid see juhtub raskemates tingimustes. Koostoimeks juhitakse ülekuumenenud veeaur läbi kuumade metallviilide. Sellistes tingimustes ei saa hüdroksiidid enam eksisteerida, seega on reaktsioonisaadused vastava metallielemendi oksiid ja vesinik:

Metallide keemiliste omaduste sõltuvus nende kohast tegevusreas

← metallide aktiivsus suureneb

Tõrjub vesiniku hapetest välja

Ei tõrju vesinikku hapetest välja

Tõrjub veest välja vesiniku, moodustades leelised

Tõrjub kõrgel temperatuuril veest välja vesiniku, moodustades oksiide

3 ei suhtle veega

Soola on vesilahusest võimatu välja tõrjuda

Võib saada aktiivsema metalli väljatõrjumisel soolalahusest või oksiidisulamist

Metallide koostoime sooladega

Kui sool on vees lahustuv, saab selles sisalduva metallielemendi aatomi asendada aktiivsema elemendi aatomiga. Kui kastate raudplaadi vask(II)sulfaadi lahusesse, vabaneb sellele mõne aja pärast punase katte kujul vask:

Kui aga hõbeplaat kastetakse vask(II)sulfaadi lahusesse, siis reaktsiooni ei toimu:

Cuprumi saab asendada mis tahes metalliga, mis on metallitegevuse reas vasakul. Kuid metallid, mis on seeria alguses, on naatrium, kaalium jne. - ei sobi selleks, kuna need on nii aktiivsed, et ei suhtle mitte soolaga, vaid veega, milles see sool on lahustunud.

Metallide väljatõrjumist sooladest aktiivsemate metallidega kasutatakse väga laialdaselt metallide ekstraheerimiseks.

Metallide koostoime oksiididega

Metallelementide oksiidid on võimelised metallidega interakteeruma. Aktiivsemad metallid tõrjuvad oksiididest välja vähemaktiivsed:

Kuid erinevalt metallide reaktsioonist sooladega peavad oksiidid sellisel juhul reaktsiooni toimumiseks sulama. Metalli oksiidist eraldamiseks võite kasutada mis tahes metalli, mis asub vasakpoolses aktiivsusreas, isegi kõige aktiivsemat naatriumi ja kaaliumi, sest sula oksiid ei sisalda vett.

Metallide koostoimet oksiididega kasutatakse tööstuses teiste metallide ekstraheerimiseks. Selle meetodi kõige praktilisem metall on alumiinium. Looduses on see üsna laialt levinud ja odav toota. Võib kasutada ka aktiivsemaid metalle (kaltsium, naatrium, kaalium), kuid esiteks on need alumiiniumist kallimad ja teiseks on neid ülikõrge keemilise aktiivsuse tõttu tehastes väga raske säilitada. Seda metallide ekstraheerimise meetodit alumiiniumi abil nimetatakse aluminotermiaks.

Sektsioonid: keemia, Konkurss "Esitlus tunni jaoks"

Klass: 11

Tunni esitlus

Tagasi ette

Tähelepanu! Slaidide eelvaated on ainult informatiivsel eesmärgil ja ei pruugi esindada kõiki esitluse funktsioone. Kui olete sellest tööst huvitatud, laadige alla täisversioon.

Eesmärgid:

Hariduslik: Metallide keemilise aktiivsuse arvestamine nende positsiooni alusel perioodilisustabelis D.I. Mendelejev ja metallide elektrokeemilises pingereas.
Arenguline: Edendada kuulmismälu, teabe võrdlemise, loogilise mõtlemise ja toimuvate keemiliste reaktsioonide selgitamise oskust.
Hariduslik: Arendame iseseisva töö oskust, oskust mõistlikult oma arvamust avaldada ja klassikaaslasi kuulata ning sisendame lastes patriotismi ja uhkust kaasmaalaste üle.

Varustus: Arvuti meediaprojektoriga, üksikud laborid keemiliste reaktiivide komplektiga, metallkristallvõre mudelid.

Tunni tüüp: tehnoloogia kasutamine kriitilise mõtlemise arendamiseks.

Tundide ajal

I. Väljakutse etapp.

Teemakohaste teadmiste värskendamine, kognitiivse tegevuse äratamine.

Blufimäng: "Kas sa usud, et..." (Slaid 3)

Metallid hõivavad PSHE ülemises vasakpoolses nurgas.
Kristallides on metalliaatomid omavahel seotud metalliliste sidemetega.
Metallide valentselektronid on tuumaga tihedalt seotud.
Peamiste alarühmade (A) metallide välistasandil on tavaliselt 2 elektroni.
Ülevalt alla rühmas on metallide redutseerivate omaduste tõus.
Metalli reaktsioonivõime hindamiseks hapete ja soolade lahustes piisab, kui vaadata metallide elektrokeemilist pingerida.
Metalli reaktsioonivõime hindamiseks hapete ja soolade lahustes vaadake lihtsalt D.I. perioodilisustabelit. Mendelejev

Küsimus klassile? Mida sisestus tähendab? Mina 0 – ei —> Mina +n(4. slaid)

Vastus: Me0 on redutseerija, mis tähendab, et see interakteerub oksüdeerivate ainetega. Oksüdeerivate ainetena võivad toimida järgmised ained:

Lihtained (+O 2, Cl 2, S...)
Komplekssed ained (H2O, happed, soolalahused...)

II. Uue teabe mõistmine.

Metoodilise tehnikana tehakse ettepanek koostada võrdlusskeem.

Küsimus klassile? Millised tegurid määravad metallide redutseerivad omadused? (5. slaid)

Vastus: Asukohalt D.I. Mendelejevi perioodilisustabelis või positsioonilt metallide elektrokeemilises pingereas.

Õpetaja tutvustab mõisteid: keemiline aktiivsus ja elektrokeemiline aktiivsus.

Enne selgitustöö alustamist palutakse lastel võrrelda aatomite aktiivsust TO Ja Li positsioon perioodilisuse tabelis D.I. Mendelejev ja nendest elementidest moodustatud lihtainete aktiivsus vastavalt nende asukohale metallide elektrokeemilises pingereas. (6. slaid)

Tekib vastuolu:Vastavalt leelismetallide positsioonile PSCE-s ja vastavalt alarühma elementide omaduste muutumise mustritele on kaaliumi aktiivsus suurem kui liitiumil. Asendi järgi pingereas on liitium kõige aktiivsem.

Uus materjal.Õpetaja selgitab keemilise ja elektrokeemilise aktiivsuse erinevust ning selgitab, et elektrokeemiline pingerida peegeldab metalli võimet muutuda hüdraatunud iooniks, kus metalli aktiivsuse mõõduks on energia, mis koosneb kolmest terminist (pihustamise energia, ionisatsioon). energia ja hüdratsioonienergia). Kirjutame materjali vihikusse. (Slaidid 7–10)

Kirjutame selle koos vihikusse. järeldus: Mida väiksem on iooni raadius, seda suurem on selle ümber tekkiv elektriväli, seda rohkem energiat vabaneb hüdratatsiooni käigus, sellest tulenevalt on selle metalli tugevamad redutseerivad omadused reaktsioonides.

Ajalooline viide:õpilase kõne Beketovi poolt metallide nihkeseeria loomisest. (11. slaid)

Metallide elektrokeemilise pingerea toimet piiravad ainult metallide reaktsioonid elektrolüütide lahustega (happed, soolad).

Memo:

Metallide redutseerivad omadused vähenevad reaktsioonide käigus vesilahustes standardtingimustes (250°C, 1 atm);
Vasakpoolne metall tõrjub lahuses olevatest sooladest välja paremale jääva metalli;
Enne vesinikku seisvad metallid tõrjuvad selle lahuses olevatest hapetest välja (va: HNO3);
Mina (Al-ile) + H2O -> leelis + H2
muud Mina (kuni H 2) + H 2 O -> oksiid + H 2 (karmid tingimused)
Mina (pärast H 2) + H 2 O -> ei reageeri

(12. slaid)

Poistele jagatakse meeldetuletusi.

Praktiline töö:"Metallide koosmõju soolalahustega" (slaid 13)

Tehke üleminek:

CuSO 4 —> FeSO 4
CuSO 4 —> ZnSO 4

Vase ja elavhõbe(II)nitraadilahuse interaktsiooni kogemuse demonstreerimine.

III. Peegeldus, peegeldus.

Kordame: millisel juhul kasutame perioodilisustabelit ja millisel juhul on vaja metalli pingete jada? (Slaidid 14–15).

Tuleme tagasi tunni esialgsete küsimuste juurde. Kuvame ekraanile küsimused 6 ja 7. Analüüsime, milline väide on vale. Ekraanil on klahv (kontrolliülesanne 1). (16. slaid).

Teeme õppetunni kokkuvõtte:

Mida uut sa õppisid?
Millisel juhul on võimalik kasutada metallide elektrokeemilist pingerida?

Kodutöö: (17. slaid)

Korrake füüsikakursuse mõistet "POTENTSIAAL";
Täitke reaktsioonivõrrand, kirjutage elektronide tasakaalu võrrandid: Сu + Hg(NO 3) 2 →
Metallid on antud ( Fe, Mg, Pb, Cu)– pakub välja katseid, mis kinnitavad nende metallide asukohta elektrokeemilises pingereas.

Hindame blufimängu tulemusi, tööd laua taga, suulisi vastuseid, suhtlemist ja praktilist tööd.

Kasutatud raamatud:

O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaja “Käsiraamat õpetajatele. Keemia 11. klass, II osa” Kirjastus Bustard.
N.L. Glinka "Üldine keemia".

Metallide elektrokeemilise aktiivsuse seeria(pingeseeria, standardsete elektroodipotentsiaalide jada) - jada, milles metallid on järjestatud nende standardsete elektrokeemiliste potentsiaalide φ 0 kasvavas järjekorras, mis vastab metallikatiooni redutseerimise poolreaktsioonile Me n+: Me n+ + nē → Mina

Metallide tegevussarja praktiline kasutamine

Praktikas kasutatakse mitmeid pingeid metallide keemilise aktiivsuse võrdlevaks hindamiseks reaktsioonides soolade ja hapete vesilahustega ning katood- ja anoodprotsesside hindamiseks elektrolüüsi ajal:

Vesinikust vasakul olevad metallid on tugevamad redutseerijad kui paremal olevad metallid: nad tõrjuvad viimased soolalahustest välja. Näiteks interaktsioon Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu on võimalik ainult edasisuunas.
Vesiniku vasakpoolses reas olevad metallid tõrjuvad vesinikku välja, kui nad suhtlevad mitteoksüdeerivate hapete vesilahustega; kõige aktiivsemad metallid (kuni alumiinium (kaasa arvatud)) - ja veega suhtlemisel.
Vesiniku paremal pool olevad metallid ei interakteeru tavatingimustes mitteoksüdeerivate hapete vesilahustega.
Elektrolüüsi käigus eralduvad katoodil vesinikust paremal asuvad metallid; mõõdukalt aktiivsete metallide redutseerimisega kaasneb vesiniku vabanemine; Kõige aktiivsemaid metalle (kuni alumiiniumini) ei saa tavatingimustes soola vesilahustest eraldada.

Leelismetalle peetakse kõige aktiivsemaks:

liitium;
naatrium;
kaalium;
rubiidium;
tseesium;
prantsuse keel

Pidage meeles:

Lihtained koosnevad ühe keemilise elemendi aatomitest, need jagunevad metallideks ja mittemetallideks;

Metalle iseloomustab metalliline läige, elektrijuhtivus, plastilisus jne.

Metallide tegevussarja mõiste

Paljud keemilised reaktsioonid hõlmavad lihtsaid aineid, eriti metalle. Metallid võivad suhelda peaaegu kõigi anorgaaniliste ühendite klassidega, mida kooli keemiakursusel õpitakse. Kuid erinevatel metallidel on keemilistes reaktsioonides erinev reaktsioonivõime ja see määrab, kas reaktsioon toimub või mitte.

Mida suurem on metalli aktiivsus, seda jõulisemalt interakteerub see teiste ainetega. Tegevuse järgi saab kõik metallid järjestada jada, mida nimetatakse metallide aktiivsusreaks (metallide nihkerida, metallide pingerida, metallide elektrokeemiline pingerida). Selle seeria koostas ja uuris esmakordselt silmapaistev Ukraina teadlane N. N. Beketov, seetõttu on sellel sarjal teine nimi - Beketovi sari.

Beketovi metallitegevuste sari näeb välja selline (täielikuma sarja vaata kärbselehelt 2):

Vene ja Ukraina keemik, Ukraina füüsikalise keemia koolkonna rajaja, Peterburi Teaduste Akadeemia akadeemik aastast 1886. Sündis mereväeohvitseri perekonnas. Ta on lõpetanud Kaasani ülikooli ja töötanud Peterburis meditsiinilis-keemialaboris.

Ta õpetas keemiat Tsarevitšile - tulevasele keisrile Nikolai II-le. Alates 1855. aastast oli ta professor Harkovi keiserlikus ülikoolis, kus teadlase ettepanekul avati 1864. aastal Ukraina esimene füüsika- ja keemiaosakond. Seal hakkas ta esimest korda maailmas õpetama füüsikalist keemiat eraldi erialana. Beketov avastas meetodi metallide redutseerimiseks nende oksiididest, mida kasutatakse tänapäevalgi metallurgias, tuvastas elementide afiinsuse sõltuvuse aatomarvust, sai esimesena leeliselementide (naatrium, kaalium) puhtaid oksiide, koostas tema järgi nime saanud metallide tegevussarja, oli maailmas esimese füüsikalise keemia õpiku autor.

Selles seerias on metallid järjestatud vastavalt nende keemilise aktiivsuse vähenemisele vesilahustes. Seega on antud metallidest kõige aktiivsem kaalium ja kõige vähem aktiivne kuld. Seda seeriat kasutades on lihtne välja selgitada, milline metall on aktiivsem kui teine. Ka selles seerias on vesinik. Loomulikult ei ole vesinik metall, kuid selles seerias võetakse lähtepunktiks selle aktiivsus (mingi null).

Metallide koostoime hapetega

Vesinikust vasakul asuvas aktiivsusreas asuvad metallid on võimelised reageerima hapetega, milles metallielementide aatomid asendavad vesinikuaatomeid hapetes. Sel juhul moodustub vastava happe sool ja vesinik H2 (joon. 36.1, lk 194):

Mida vasakule metall tegevusreas paikneb, seda jõulisemalt interakteerub see hapetega. Need metallid, mis asuvad seeria alguses, tõrjuvad kõige intensiivsemalt vesinikku hapetest välja. Seega reageerib magneesium väga ägedalt (vedelik tundub

keeb), tsink reageerib palju rahulikumalt, raud reageerib väga nõrgalt (vaevu tekivad vesinikumullid) ja vask ei suhtle happega üldse (joon. 36.2).

Kui metall asub vesinikust paremal asuvas aktiivsusreas, siis ei ole ta võimeline vesinikku happelahustest välja tõrjuma ja seetõttu reaktsiooni ei toimu (tabel 12, lk 197):

Pöörake tähelepanu ülaltoodud metallide ja hapetega reageerimise võrranditele: nendes reaktsioonides asendavad lihtaine metallielementide aatomid vesinikuaatomeid hapetes. Selliseid reaktsioone nimetatakse asendusreaktsioonideks.

Asendusreaktsioonid on reaktsioonid, mille käigus lihtaine elemendi aatom tõrjub keerulisest ainest välja teise elemendi aatomi.

Nitraatide ja kontsentreeritud sulfaathapete koostoime metallidega toimub erineva skeemi järgi. Sellistes reaktsioonides ei eraldu peaaegu üldse vesinikku, küll aga eralduvad muud reaktsiooniproduktid, millest saate teada järgmistes tundides.

Metallide koostoime veega

Vesinikust vasakul asuvas aktiivsusreas asuvad metallid on võimelised vesinikku välja tõrjuma mitte ainult happelahustest, vaid ka veest. Nagu hapete puhul, sõltub metallide ja veega interaktsiooni aktiivsus metalli asukohast aktiivsusreas (joonis 36.3).

Magneesiumist vasakul olevas aktiivsusreas asuvad metallid reageerivad normaalsetes tingimustes veega. Sellistes reaktsioonides tekivad leelised ja vesinik:

Liitium interakteerub veega väga ägedalt (joonis 36.4):

Kaalium reageerib veega nii ägedalt, et mõnikord toimub plahvatus: reaktsiooni käigus eraldub nii palju soojust, et eralduv vesinik süttib ja paneb metalli enda süttima.

Kaltsium ja naatrium interakteeruvad veega sama ägedalt, kuid ilma plahvatuseta:

Asjaolu, et leelised tekivad aktiivsete metallide reaktsioonil veega, saab tõestada fenoolftaleiini lahuse lisamisega, mis omandab iseloomuliku karmiinpunase värvuse (joon. 36.5, lk 196).

Magneesium reageerib veega samamoodi nagu aktiivsed metallid, kuid leelise asemel tekib lahustumatu alus. Reaktsioon kulgeb nii aeglaselt, et algul magneesiumi vette lisamisel reaktsiooni ei täheldata – vesinikumullid hakkavad eralduma alles mõne aja pärast (joonis 36.6). Reaktsiooni käivitamiseks tuleb vett veidi kuumutada või reaktsioon läbi viia keevas vees.

Enamik teisi magneesiumi ja vesiniku vahel paiknevaid metalle tegevusseerias võivad samuti veega interakteeruda (vesinikku sealt välja tõrjuda), kuid see juhtub „raskemates“ tingimustes: selleks juhitakse ülekuumenenud veeaur läbi kuumade metalliviilide. Loomulikult lagunevad sellistes tingimustes hüdroksiidid (oksiidiks ja veeks), seega on reaktsiooniproduktideks vastava metallielemendi oksiid ja vesinik:

Nikkel, tina ja plii passiveeritakse vee toimel, mistõttu nad ei reageeri mingil juhul veega.

Tabel 12. Metallide keemiliste omaduste sõltuvus nende positsioonist tegevusreas

K Ca Na Mg	Al Zn Fe	Ni Sn Pb	Cu Ag Hg Au
^ Metalli aktiivsus suureneb
Reageerige hapetega, moodustades soola ja vesinikku			Ei reageeri hapetega
Reageerib normaalsetes tingimustes veega	Tõrjub kõrgel temperatuuril veest välja vesiniku, moodustades oksiide	Ei suhtle veega
Metalli on võimatu soola vesilahusest välja tõrjuda	Metalli saab saada, kui asendada see soolalahusest aktiivsema metalliga

Metallide koostoime sooladega

Kui sool on vees lahustuv, saab selles sisalduva metallelemendi asendada aktiivsema metalliga:

Näiteks kui kastate raudplaadi vask(P) sulfaadi lahusesse, vabaneb sellele teatud aja pärast punase katte kujul vask:

Aja jooksul kattub raudplaat üsna tiheda vasepulbri kihiga ja lahus muutub heledamaks, mis viitab vask(II)sulfaadi kontsentratsiooni vähenemisele selles (joonis 36.7).

Raud asub vasest vasakul olevas tegevusreas, nii et Ferrumi aatomid võivad Cuprumi aatomid soolast välja tõrjuda. Kuid kui hõbeplaat kastetakse vask(P) sulfaadi lahusesse, siis reaktsiooni ei toimu:

CuSO4 + Ag f

Vase saab soolast välja tõrjuda mis tahes metalliga, mis asub metalli aktiivsuse seerias vasest vasakul. Kus

Riis. 36.8. Vasest vähem aktiivne hõbe settib vasktraadi pinnale. Lahus omandab sinise värvuse, kuna sellele tekib Cuprumi sool.

vask tõrjub teiste soolade lahustest välja kõik metallid, mis asuvad sellest paremal asuvas aktiivsusreas (joonis 36.8):

Kõige aktiivsemad metallid, mis asuvad seeria alguses - naatrium, kaalium - ei tõrju soolalahustest välja teisi metalle, kuna need on nii aktiivsed, et interakteeruvad mitte lahustunud soolaga, vaid veega, milles see sool on lahustunud. .

Metallide koostoime oksiididega

Metallelementide oksiidid on samuti võimelised metallidega reageerima. Aktiivsemad metallid tõrjuvad oksiididest välja vähemaktiivsed. Kuid erinevalt metallide koosmõjust sooladega peavad reaktsiooni toimumiseks oksiidid sulama:

Oksiidist metalli saamiseks võite kasutada mis tahes metalli, mis asub tegevussarjas vasakul, isegi kõige aktiivsemat naatriumi ja kaaliumi, kuna sulas oksiidis pole vett:

Tööstuses kasutatakse mõnikord metallide saamiseks metallide väljatõrjumist sooladest või oksiididest aktiivsemate metallidega.

Alkeemikud nimetasid paljusid happeid ja muid aineid "alkoholideks" (ladina keelest. spiritus - "vaim", "lõhn"). Jah see oli piirituse müük - vesinikkloriidalkohol või kloorhape, piiritusnitraat - nitraathape jne. Kaasaegses keemiakeeles on ainult need nimetused alles spiritus ammoniaak - ammoniaak, mis on ammoniaagi NH 3 lahus ja spiritus vini - vein või etüülalkohol.

Põlevaid aktiivseid metalle (magneesium, naatrium jne) ei saa veega kustutada. Põhjus on selles, et kokkupuutel veega reageerib põlev magneesium sellega, mille tulemusena eraldub vesinik, mis ainult intensiivistab põlemist.

. Keemikud nimetavad "kuninglikuks viinaks" hapet, mis on kontsentreeritud nitraat- ja kloriidhapete segu. See segu sai selle nime, kuna isegi kuld suhtleb sellega.

Kloriidhappe reaktsioon metallidega

Varustus: rack katseklaasidega.

Reaktiivid: granuleeritud metalliproovid: raud, tsink, tina, alumiinium, vask; kloriidhape.

Ohutusnõuded:

Olge ettevaatlik, et reaktiivid ei satuks riietele, nahale või silmadele; Happe sattumisel tuleb see kohe rohke veega maha pesta ja piirkonda lahjendatud soodalahusega pühkida.

1. Asetage teile antud metallitükid (raud, tsink, tina, alumiinium, vask) eraldi katseklaasidesse.

2. Valage igasse katseklaasi 1-2 ml kloriidhapet. Mida te jälgite? Millise metalliga toimub vesiniku eraldumine kõige intensiivsemalt?

3. Kirjutage oma tähelepanekud vihikusse.

4. Tehke järeldus metallide koostoime võimalikkusest hapetega. Võrrelge selle interaktsiooni aktiivsust metalli asukohaga aktiivsusreas.

Metallide koostoime sooladega vesilahuses

Varustus: rack katseklaasidega.

Reaktiivid: vask(P)sulfaadi, plumbum(P)nitraadi lahused; raud- ja tsinkplaadid.

Ohutusnõuded:

Kasutage väikeses koguses reaktiive;

Olge ettevaatlik, et reaktiivid ei satuks riietele, nahale või silmadele; Kokkupuutel ainega tuleb see kohe veega maha pesta.

1. Valage esimesse katseklaasi vask(P) sulfaadi lahus ja teise plumbum(P) nitraadi lahus.

2. Kastke vasksulfaadiga esimesse katseklaasi raudplaat ja teise tsinkplaat. Mida te jälgite? Kas reaktsiooni tunnused muutuvad, kui tsinkplaat lastakse vask(II)sulfaadi lahusesse ja raudplaat plumbum(II)nitraadi lahusesse? Mis siis, kui mõlemal juhul kasutataks hõbeplaati?

3. Pane oma tähelepanekud kirja. Kirjutage üles vastavad reaktsioonivõrrandid.

4. Tee järeldus, milles põhjendad soolade interaktsiooni võimalust metallidega metallide asukoha seisukohalt tegevusreas.

järeldused

1. Kõik metallid, mis on paigutatud ühte ritta vastavalt nende aktiivsuse vähenemisele, moodustavad metallide aktiivsuse rea. Sellele lisatakse ka vesinikku ainena, mille suhtes määratakse metallide aktiivsus.

2. Vesinikust vasakul asuvas tegevusreas asuvad metallid tõrjuvad selle välja hapetest ja veest. Mida rohkem vasakule metall asub, seda aktiivsemalt see reageerib. Magneesiumist vasakul asuvad metallid reageerivad normaalsetes tingimustes veega, moodustades vastavad hüdroksiidid ja vesiniku ning magneesiumist vesinikuni asuvad metallid reageerivad kõrgel temperatuuril veega, moodustades oksiide.

3. Metallid võivad üksteist soolast või oksiidist välja tõrjuda: aktiivsem metall tõrjub alati välja vähemaktiivse. Selliste reaktsioonide läbiviimiseks soolade vesilahustega ei saa kasutada metalle, mis asuvad enne magneesiumi tegevusseerias, kuna need interakteeruvad veega, mitte selles lahustunud soolaga.

Kontrollküsimused

1. Millist teavet sisaldab metallide Beketovi tegevussari? Millise põhimõtte järgi on selles metallid paigutatud?

2. Millised metallid tõrjuvad vesinikku hapetest välja? Too näiteid.

3. Millised metallid reageerivad veega? Millised neist interakteeruvad tavatingimustes ja millised kõrgel temperatuuril?

4. Millise põhimõtte järgi on vaja metalle valida, et soolalahustest välja tõrjuda teisi metalle? oksiidisulamistest?

Ülesanded materjali valdamiseks

1. Millistel tingimustel reageerivad happed: a) metallidega; b) põhjused; c) soolad? Kinnitage oma vastus reaktsioonivõrranditega.

2. Millistel tingimustel soolad reageerivad: a) hapetega; b) metallid; c) põhjused? Kinnitage oma vastus reaktsioonivõrranditega.

3. Magneesiumi ja tina tükid pandi kloriidhappe lahusesse. Millisel juhul on reaktsioon intensiivsem? Kirjutage üles nende reaktsioonide võrrandid.

4. Naatriumi, kaltsiumi ja tsingi proovid täideti veega. Mida igal konkreetsel juhul täheldatakse? Kirjutage üles vastavad reaktsioonivõrrandid.

5. Plii- ja raudplaadid kasteti nikkel(I)sulfaadi lahusesse. Millisel juhul reaktsioon tekib? Põhjenda oma vastust.

6. Miks ei saa vase (P) sulfaadi lahusest vase saamiseks kasutada naatriumi ja kaaliumi, kuna need on vasest aktiivsemad? Kas neid saab kasutada vase (I) oksiidisulamist vase ekstraheerimiseks?

7. Kaalium reageerib veega nii ägedalt, et eralduv vesinik süttib. Mis aine lahuses moodustub? Kirjutage reaktsiooni võrrand.

8. Soovitage, kuidas eraldada vase ja raua segu keemiliste reaktsioonide abil.

9. Millised ained tekivad vee vastasmõjul: a) aktiivsete metallidega; b) aktiivsete metallelementide oksiidid; c) mittemetalliliste elementide oksiidid? Too näiteid.

10. Kirjutage üles võimalike reaktsioonide võrrandid:

11. Milliste ainetega sulfaathape interakteerub: NaNO 3, CO 2, NaOH, AgNO 3, Zn, Ba, CaCO 3, Cu(OH) 2, Zn(OH) 2, HCl, SiQ 2, Fe 2 O 3, Hg? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid.

12. Millised järgmistest ainetest interakteeruvad veega: Na, Ba, Fe, Fe 2 O 3, H 2 SO 4, NaOH, CaO, ZnO? Kinnitage oma vastust reaktsioonivõrranditega.

13. Tsingiplaadi kastmisel vask(II)nitraadi lahusesse eraldus plaadile 3,2 g vaske.Määrake reaktsiooni tulemusena lahustunud tsingi mass.

14. Arvutage tina mass, mida on võimalik saada stannum(ii)oksiidi ja 0,54 kg kaaluva alumiiniumi vastasmõju tulemusena.

15. Kui suur hulk vesinikku (n.u.) eraldub, kui tsink massiga 97,5 g reageerib täielikult kloriidhappega?

16. Kui palju sulfaathapet on vaja 12 g kaaluva magneesiumiga reageerimiseks? Millise massi soola moodustub? Kui suur kogus gaasi (n.o.) vabaneb?

17. Millise koguse vaskainet saab eraldada vask(II)sulfaadi lahusest, mis sisaldab 32 g seda soola?

18. 6 g kaaluva magneesiumi ja 16,8 g raua segu töödeldi piisava koguse sulfaathappe lahusega. Kui suur hulk vesinikku (n.u.) vabanes reaktsiooni tulemusena?

19. Tsinkplaat sukeldati 85 g kaaluvasse argentum(I)nitraadi lahusesse, mille soola massiosa oli 2%. Arvutage hõbeda mass, mis eraldub plaadile pärast reaktsiooni lõppu. Määrake, kuidas muutub plaadi mass võrreldes selle algse massiga.

20 5 . Alumiinium on üsna aktiivne metall, kuid alumiiniumtooteid hoitakse õhu käes ilma nähtavate riknemismärkideta. Kui puhastatud alumiiniumtoode, näiteks lusikas või kahvel, pannakse mõneks ajaks elavhõbe(II)nitraadi lahusesse, kattub see hõbedase kattega. Selliselt töödeldud toode muutub õhu käes hoidmisel üsna lühikese ajaga halliks pulbriks, mille hulgas võib märgata hõbedasi palle. Selgitage keemilisest seisukohast, miks sellised muutused võivad tekkida. Kirjutage üles vastavad reaktsioonivõrrandid.

See on õpiku materjal