Електролитичка маса. Опсег на стандардни електродни потенцијали (напони)

Цел на работата:да се запознаат со зависноста на редокс својствата на металите од нивната положба во електрохемиската напонска серија.

Опрема и реагенси:епрувети, држачи за епрувета, ламба за алкохол, филтер хартија, пипети, 2n.решенија HClИ H2SO4, концентрирана H2SO4, разредена и концентрирана HNO3, 0,5 милионирешенија CuSO 4, Pb(NO 3) 2или Pb(CH3COO)2; парчиња метал алуминиум, цинк, железо, бакар, калај, железни штипки за хартија, дестилирана вода.

Теоретски објаснувања

Хемискиот карактер на кој било метал во голема мера е определен од тоа колку лесно се оксидира, т.е. колку лесно неговите атоми можат да се трансформираат во состојба на позитивни јони.

Металите кои покажуваат лесна способност да оксидираат се нарекуваат основни метали. Металите кои оксидираат со голема тешкотија се нарекуваат благородни.

Секој метал се карактеризира со одредена вредност на стандардниот потенцијал на електродата. За стандарден потенцијал j 0на дадена метална електрода, се зема emf на галванска ќелија составена од стандардна водородна електрода сместена лево и метална плоча сместена во раствор од сол на овој метал, а активноста (во разредени раствори концентрацијата може да биде употребено) од металните катјони во растворот треба да биде еднаков на 1 mol/l; Т=298 К; p=1 атм.(стандардни услови). Доколку условите за реакција се разликуваат од стандардните, неопходно е да се земе предвид зависноста на потенцијалите на електродата од концентрациите (поточно, активностите) на металните јони во растворот и температурата.

Зависноста на потенцијалите на електродата од концентрацијата се изразува со Нернстовата равенка, која, кога се применува на системот:

Me n + + n e -→Јас

ВО;

Р- константа на гас, ;

F -Фарадејова константа („96500 C/mol);

n -

a Me n + - mol/l.

Земање значење Т=298ДО,добиваме

mol/l.

j 0,што одговара на редукционата полуреакција, се добиваат голем број метални напони (голем број стандардни електродни потенцијали). Стандардниот електроден потенцијал на водородот, земен како нула, за системот во кој се случува процесот е поставен во истиот ред:

2Н + +2е - = Н 2

Во исто време, стандардните електродни потенцијали на основните метали имаат негативна вредност, а оние на благородните метали имаат позитивна вредност.

Електрохемиска напонска серија на метали

Ли; К; Ба; Sr; Ca; Na; Mg; Ал; Mn; Zn; Cr; Fe; Cd; Ко; Ни; Sn; Pb; ( H) ; Sb; Би; Cu; Hg; Аг; Pd; Pt; Ов

Оваа серија ја карактеризира редокс способноста на системот „метал – метал јонски“ во водени раствори во стандардни услови. Колку е металот подалеку лево во низата напони (толку е помал j 0), колку е тој помоќен редукционен агенс и толку е полесно за металните атоми да се откажат од електрони, претворајќи се во катјони, но катјоните на овој метал потешко се закачуваат електрони, претворајќи се во неутрални атоми.

Редокс реакциите кои вклучуваат метали и нивните катјони продолжуваат во насока во која металот со помал електроден потенцијал е редукционо средство (т.е. оксидира), а металните катјони со поголем електроден потенцијал се оксидирачки агенси (т.е. намалени). Во овој поглед, следните обрасци се карактеристични за електрохемиската напонска серија на метали:

1. секој метал ги поместува од растворот на сол сите други метали кои се наоѓаат десно од него во електрохемиската серија на метални напони.

2. сите метали кои се наоѓаат лево од водородот во електрохемиската напонска серија го изместуваат водородот од разредените киселини.

Експериментална методологија

Експеримент 1: Интеракција на метали со хлороводородна киселина.

Истурете 2 - 3 во четири епрувети mlхлороводородна киселина и во нив ставете парче алуминиум, цинк, железо и бакар посебно. Кој од земените метали го поместува водородот од киселината? Напиши ги равенките на реакцијата.

Експеримент 2: Интеракција на метали со сулфурна киселина.

Ставете парче железо во епрувета и додадете 1 ml 2n.сулфурна киселина. Што се набљудува? Повторете го експериментот со парче бакар. Дали се случува реакцијата?

Проверете го ефектот на концентрирана сулфурна киселина врз железото и бакарот. Објаснете ги набљудувањата. Напишете ги сите равенки за реакција.

Експеримент 3: Интеракција на бакар со азотна киселина.

Ставете парче бакар во две епрувети. Истурете 2 во една од нив mlразредена азотна киселина, втора - концентрирана. Доколку е потребно, загрејте ја содржината на епруветите во алкохолна ламба. Кој гас се формира во првата епрувета, а кој во втората? Запишете ги равенките на реакцијата.

Експеримент 4: Интеракција на метали со соли.

Истурете 2 – 3 во епрувета mlраствор од бакар (II) сулфат и спуштете парче железна жица. Што се случува? Повторете го експериментот, заменувајќи ја железната жица со парче цинк. Напиши ги равенките на реакцијата. Истурете во епрувета 2 mlраствор од олово (II) ацетат или нитрат и капнете парче цинк. Што се случува? Напишете ја равенката на реакцијата. Наведете го оксидирачкиот и редуцирачкиот агенс. Дали реакцијата ќе се случи ако цинкот се замени со бакар? Дајте објаснување.

11.3 Потребно ниво на подготовка на учениците

1. Знајте го концептот на стандардниот потенцијал на електродата и имајте идеја за неговото мерење.

2. Умеете да ја користите Nernst равенката за да го одредите потенцијалот на електродата под услови различни од стандардните.

3. Знајте што е низа метални напрегања и што се карактеризира.

4. Да може да користи низа метални напрегања за да ја одреди насоката на редокс реакциите што ги вклучуваат металите и нивните катјони, како и металите и киселините.

Задачи за самоконтрола

1. Која е масата на техничкото железо што содржи 18% нечистотии, потребни за отстранување на никел сулфат од растворот (II) 7,42 gникел?

2. Бакарна плоча со тежина 28 гр. На крајот од реакцијата, плочата беше отстранета, измиена, сушена и измерена. Неговата маса се покажа дека е 32,52 гр. Која маса на сребро нитрат имаше во растворот?

3. Определете ја вредноста на електродниот потенцијал на бакар потопен во 0,0005 Мраствор на бакар нитрат (II).

4. Електроден потенцијал на цинк потопен во 0,2 Мрешение ZnSO4, е еднаков 0,8 В. да се определи привидниот степен на дисоцијација ZnSO4во раствор од наведената концентрација.

5. Пресметај го потенцијалот на водородната електрода ако концентрацијата на водородни јони во растворот (H+)изнесува до 3,8 10 -3 mol/l.

6. Пресметајте го потенцијалот на железна електрода потопена во раствор кој содржи 0,0699 g FeCI 2 во 0,5 l.

7. Како се нарекува стандарден електроден потенцијал на метал? Која равенка ја изразува зависноста на потенцијалите на електродата од концентрацијата?

Лабораториска работа бр.12

Тема:Галванска ќелија

Цел на работата:запознавање со принципите на работа на галванска ќелија, владеење на пресметковните методи ЕМПгалвански ќелии.

Опрема и реагенси:бакарни и цинкови плочи поврзани со проводници, бакарни и цинкови плочи поврзани со проводници на бакарни плочи, шкурка, волтметар, 3 хемиски чаши на 200-250 мл, градуиран цилиндар, стои со цевка во форма на буквата У, фиксирана во неа, мост со сол, 0,1 Мраствори на бакар сулфат, цинк сулфат, натриум сулфат, 0,1 % раствор на фенолфталеин во 50% етил алкохол.

Теоретски објаснувања

Галванска ќелија е хемиски извор на струја, односно уред кој произведува електрична енергија како резултат на директна конверзија на хемиската енергија од реакција на оксидација-редукција.

Електричната струја (насочено движење на наелектризираните честички) се пренесува преку струјните проводници, кои се поделени на проводници од првиот и вториот вид.

Спроводниците од првиот вид спроведуваат електрична струја со своите електрони (електронски проводници). Тие ги вклучуваат сите метали и нивните легури, графит, јаглен и некои цврсти оксиди. Електричната спроводливост на овие проводници се движи од 10 2 до 10 6 Ом -1 см -1 (на пример, јаглен - 200 Ohm -1 cm -1, сребро 6 10 5 Ohm -1 cm -1).

Проводниците од вториот тип спроведуваат електрична струја со нивните јони (јонски проводници). Тие се карактеризираат со ниска електрична спроводливост (на пример, H 2 O – 4 10 -8 Ohm -1 cm -1).

Кога се комбинираат проводниците од првиот и вториот вид, се формира електрода. Најчесто ова е метал натопен во раствор од сопствена сол.

Кога металната плоча е потопена во вода, металните атоми лоцирани во нејзиниот површински слој се хидрираат под влијание на поларните молекули на водата. Како резултат на хидратација и термичко движење, нивната врска со кристалната решетка е ослабена и одреден број атоми поминуваат во форма на хидрирани јони во слојот од течност во непосредна близина на површината на металот. Металната плоча станува негативно наелектризирана:

Me + m H 2 O = Me n + n H 2 O + ne -

Каде Мех– метален атом; Мене n + n H 2 O– хидриран метален јон; е-- електрон, n– полнење на металниот јон.

Состојбата на рамнотежа зависи од активноста на металот и концентрацијата на неговите јони во растворот. Во случај на активни метали ( Zn, Fe, Cd, Ni) интеракцијата со молекулите на поларната вода завршува со одвојување на позитивни метални јони од површината и преминување на хидрираните јони во раствор (сл. 1 А). Овој процес е оксидативен. Како што се зголемува концентрацијата на катјоните во близина на површината, брзината на обратниот процес - намалувањето на металните јони - се зголемува. На крајот, стапките на двата процеса се изедначуваат, се воспоставува рамнотежа, во која на интерфејсот раствор-метал се појавува двоен електричен слој со одредена вредност на металниот потенцијал.

+ + + +

– – – –

‌

Zn 0 + mH 2 O → Zn 2+ mH 2 O + 2e - + + – – Cu 2+ nH 2 O + 2e - → Cu 0 + nH 2 O

+ + + – – –

Ориз. 1. Шема на појава на електроден потенцијал

Кога металот не се потопува во вода, туку во раствор од сол на овој метал, рамнотежата се поместува налево, односно кон преминот на јоните од растворот на површината на металот. Во овој случај, се воспоставува нова рамнотежа при различна вредност на металниот потенцијал.

За неактивни метали, рамнотежната концентрација на металните јони во чиста вода е многу мала. Ако таков метал се потопи во раствор од неговата сол, тогаш металните катјони ќе се ослободат од растворот со поголема брзина од брзината на преминување на јоните од металот во растворот. Во овој случај, металната површина ќе добие позитивен полнеж, а растворот ќе добие негативен полнеж поради вишокот на сол анјони (сл. 1. б).

Така, кога металот е потопен во вода или во раствор кој содржи јони на даден метал, на интерфејсот метал-раствор се формира електричен двоен слој, кој има одредена потенцијална разлика. Потенцијалот на електродата зависи од природата на металот, концентрацијата на неговите јони во растворот и температурата.

Апсолутна вредност на потенцијалот на електродата једна електрода не може да се определи експериментално. Сепак, можно е да се измери потенцијалната разлика помеѓу две хемиски различни електроди.

Се договоривме да го земеме потенцијалот на стандардна водородна електрода еднаква на нула. Стандардна водородна електрода е платина плоча обложена со платина сунѓер, потопена во киселински раствор со активност на водородни јони од 1 mol/l.Електродата се мие со водороден гас под притисок од 1 банкомат.и температура 298 К.Ова воспоставува рамнотежа:

2 N + + 2 e = N 2

За стандарден потенцијал j 0од оваа метална електрода се зема ЕМПгалванска ќелија составена од стандардна водородна електрода и метална плоча сместени во раствор од сол на овој метал, а активноста (во разредени раствори може да се користи концентрацијата) на металните катјони во растворот треба да биде еднаква на 1 mol/l; Т=298 К; p=1 атм.(стандардни услови). Вредноста на стандардниот потенцијал на електродата секогаш се нарекува редукција полуреакција:

Me n + +n e - → Јас

Подредување на металите по зголемен редослед на големината на нивните стандардни електродни потенцијали j 0,што одговара на редукционата полуреакција, се добиваат голем број метални напони (голем број стандардни електродни потенцијали). Стандардниот електроден потенцијал на системот, земен како нула, се става во истиот ред:

Н + +2е - → Н 2

Зависност на потенцијалот на металната електрода јза температура и концентрација (активност) се одредува со Нернстовата равенка, која, кога се применува на системот:

Me n + + n e -→Јас

Може да се напише во следнава форма:

каде е стандардниот потенцијал на електродата, ВО;

Р- константа на гас, ;

F -Фарадејова константа („96500 C/mol);

n -бројот на електрони вклучени во процесот;

a Me n + -активност на метални јони во раствор, mol/l.

Земање значење Т=298ДО,добиваме

Покрај тоа, активноста во разредените раствори може да се замени со концентрацијата на јони изразена во mol/l.

ЕМПна која било галванска ќелија може да се дефинира како разлика помеѓу електродните потенцијали на катодата и анодата:

EMF = j катода -j анода

Негативниот пол на елементот се нарекува анода, а на неа се одвива процесот на оксидација:

Me - ne - → Me n +

Позитивниот пол се нарекува катода, а на него се одвива процесот на редукција:

Мене n + + не - → Јас

Галванска ќелија може да се напише шематски, додека се почитуваат одредени правила:

1. Електродата лево мора да биде напишана во низата метал - јон. Електродата од десната страна е напишана во низата јон - метал. (-) Zn/Zn 2+ //Cu 2+ /Cu (+)

2. Реакцијата што се случува на левата електрода се евидентира како оксидативна, а реакцијата на десната електрода се запишува како редуктивна.

3. Ако ЕМПелемент > 0, тогаш работата на галванската ќелија ќе биде спонтана. Ако ЕМП< 0, то самопроизвольно будет работать обратный гальванический элемент.

Методологија за спроведување на експериментот

Искуство 1: Состав на бакар-цинкова галванска ќелија

Набавете ја потребната опрема и реагенси од лабораторискиот асистент. Во чаша со волумен 200 млистурете 100 ml 0,1 Мраствор на бакар сулфат (II)и спуштете ја бакарната плоча поврзана со проводникот во неа. Истурете го истиот волумен во втората чаша 0,1 Мраствор на цинк сулфат и спуштете ја цинковата плоча поврзана со проводникот во неа. Плочите прво мора да се исчистат со шкурка. Земете сол мост од лабораторискиот асистент и поврзете ги двата електролити со него. Солениот мост е стаклена цевка исполнета со гел (агар-агар), чии два краја се затворени со памук. Мостот се чува во заситен воден раствор на натриум сулфат, како резултат на што гелот отекува и покажува јонска спроводливост.

Со помош на наставник, прикачете волтметар на половите на добиената галванска ќелија и измерете го напонот (ако мерењето се врши со волтметар со мал отпор, тогаш разликата помеѓу вредноста ЕМПа напонот е низок). Користејќи ја Нернстовата равенка, пресметајте ја теоретската вредност ЕМПгалванска ќелија. Напонот е помал ЕМПгалванска ќелија поради поларизација на електродите и омски загуби.

Искуство 2: Електролиза на раствор на натриум сулфат

Во експериментот, користејќи ја електричната енергија генерирана од галванска ќелија, се предлага да се изврши електролиза на натриум сулфат. За да го направите ова, истурете раствор на натриум сулфат во цевка во форма на буквата У и ставете бакарни плочи во двата колена, изшкуркан со шкурка и поврзани со бакарните и цинковите електроди на галванската ќелија, како што е прикажано на сл. 2. Додадете 2-3 капки фенолфталеин на секој лакт на цевката во форма на буквата У. По некое време, растворот станува розев во катодниот простор на електролизаторот поради формирање на алкали за време на катодната редукција на водата. Ова покажува дека галванската ќелија работи како извор на струја.

Запишете ги равенките за процесите што се случуваат на катодата и анодата при електролиза на воден раствор на натриум сулфат.

(–) КАТОДНА АНОДА (+)

сол мост

→ Zn 2+ Cu 2+→

ZnSO 4 Cu SO 4

АНОД (-) КАТОДА (+)

Zn – 2e - → Zn 2+ Сu 2+ + 2e - →Cu

намалување на оксидацијата

12.3 Потребно ниво на подготовка на учениците

1. Знајте ги поимите: спроводници од прв и втор вид, диелектрици, електрода, галванска ќелија, анода и катода на галванска ќелија, електроден потенцијал, стандарден електроден потенцијал. ЕМПгалванска ќелија.

2. Имајте претстава за причините за појавата на електродните потенцијали и методите за нивно мерење.

3. Имајте идеја за принципите на работа на галванска ќелија.

4. Да може да ја користи Nernst равенката за пресметување на потенцијалите на електродата.

5. Да знае да запишува дијаграми на галвански ќелии, да може да пресметува ЕМПгалвански ќелии.

Задачи за самоконтрола

1. Опишете ги спроводниците и диелектриците.

2. Зошто анодата во галванска ќелија има негативен полнеж, а во електролизаторот позитивен полнеж?

3. Кои се разликите и сличностите помеѓу катодите во електролизаторот и галванската ќелија?

4. Плоча со магнезиум беше потопена во раствор од неговата сол. Во овој случај, потенцијалот на електродата на магнезиумот се покажа како еднаков -2,41 В. Пресметајте ја концентрацијата на јони на магнезиум во mol/l. (4,17x10 -2).

5. Во која концентрација на јони Zn 2+ (mol/l)потенцијалот на цинковата електрода ќе стане 0,015 Впомалку од стандардната електрода? (0,3 mol/l)

6. Електродите на никел и кобалт се спуштаат во раствори, соодветно. Ni(NO3)2И Co(NO3)2. Во кој однос треба да биде концентрацијата на јоните на овие метали така што потенцијалите на двете електроди се исти? (C Ni 2+ :C Co 2+ = 1:0,117).

7. Во која концентрација на јони Cu 2+В mol/lдали потенцијалот на бакарната електрода станува еднаков на стандардниот потенцијал на водородната електрода? (1,89x 10 -6 mol/l).

8. Направете дијаграм, напишете електронски равенки на процесите на електродата и пресметајте ЕМПгалванска ќелија која се состои од плочи со кадмиум и магнезиум потопени во раствори на нивните соли со концентрација = = 1,0 mol/l.Дали вредноста ќе се промени ЕМП, ако концентрацијата на секој јон се намали на 0,01 mol/l? (2.244 В).

Лабораториска работа бр.13

Ако од целата серија на стандардни електродни потенцијали ги избереме само оние електродни процеси кои одговараат на општата равенка

тогаш добиваме низа метални напрегања. Покрај металите, оваа серија секогаш ќе вклучува водород, кој ви овозможува да видите кои метали се способни да го поместат водородот од водените раствори на киселини.

Табела 19. Серии на метални напрегања

Голем број на напрегања за најважните метали се дадени во табелата. 19. Положбата на одреден метал во серијата на напрегања ја карактеризира неговата способност да подлежи на редокс интеракции во водени раствори под стандардни услови. Металните јони се оксидирачки агенси, а металите во форма на едноставни материи се редуцирачки агенси. Освен тоа, колку повеќе металот се наоѓа во напонската серија, толку е посилно оксидирачкото средство во воден раствор неговите јони, и обратно, колку металот е поблиску до почетокот на серијата, толку посилни се намалувачките својства на едноставниот супстанција - метал.

Потенцијал за процес на електрода

во неутрална средина е еднаква на B (види стр. 273). Активните метали на почетокот на серијата, кои имаат потенцијал значително понегативен од -0,41 V, го изместуваат водородот од водата. Магнезиумот го менува водородот само од топла вода. Металите лоцирани помеѓу магнезиум и кадмиум генерално не го поместуваат водородот од водата. На површината на овие метали се формираат оксидни филмови, кои имаат заштитен ефект.

Металите лоцирани помеѓу магнезиумот и водородот го менуваат водородот од киселинските раствори. Во исто време, на површината на некои метали се формираат и заштитни филмови, кои ја инхибираат реакцијата. Така, оксидниот филм на алуминиум го прави овој метал стабилен не само во вода, туку и во раствори на одредени киселини. Оловото не се раствора во сулфурна киселина во неговата концентрација подолу, бидејќи солта што се формира кога оловото реагира со сулфурна киселина е нерастворлива и создава заштитна фолија на металната површина. Феноменот на длабока инхибиција на оксидацијата на металот, поради присуството на заштитни оксиди или солени филмови на неговата површина, се нарекува пасивност, а состојбата на металот во овој случај се нарекува пасивна состојба.

Металите се способни да се поместуваат едни со други од растворите на сол. Насоката на реакцијата се определува со нивната релативна положба во низата напрегања. Кога се разгледуваат конкретни случаи на такви реакции, треба да се запомни дека активните метали го поместуваат водородот не само од водата, туку и од кој било воден раствор. Затоа, меѓусебното поместување на металите од растворите на нивните соли практично се случува само во случај на метали лоцирани во серијата по магнезиум.

Бекетов бил првиот кој детално го проучувал поместувањето на металите од нивните соединенија со други метали. Како резултат на неговата работа, тој ги подредил металите според нивната хемиска активност во серија на поместување, што е прототип на низа метални напрегања.

Релативната положба на некои метали во серијата на напрегања и во периодниот систем на прв поглед не одговараат едни на други. На пример, според позицијата во периодниот систем, хемиската активност на калиумот треба да биде поголема од натриумот, а натриумот - поголема од литиумот. Во серијата на напони, литиумот е најактивен, а калиумот зазема средна позиција помеѓу литиумот и натриумот. Цинкот и бакарот, според нивната положба во периодниот систем, треба да имаат приближно еднаква хемиска активност, но во напонската серија, цинкот се наоѓа многу порано од бакарот. Причината за овој вид на недоследност е следнава.

Кога се споредуваат металите кои заземаат една или друга позиција во периодниот систем, енергијата на јонизација на слободните атоми се зема како мерка за нивната хемиска активност - способност за намалување. Навистина, кога се движите, на пример, од врвот до дното по главната подгрупа од групата I на периодниот систем, енергијата на јонизација на атомите се намалува, што е поврзано со зголемување на нивните радиуси (т.е. со поголемо растојание на надворешните електрони од јадрото) и со зголемен скрининг на позитивниот полнеж на јадрото со средни електронски слоеви (види § 31). Затоа, атомите на калиум покажуваат поголема хемиска активност - тие имаат посилни намалувачки својства - од атомите на натриум, а атомите на натриум покажуваат поголема активност од атомите на литиум.

Кога се споредуваат металите во низа напони, работата на претворање на метал во цврста состојба во хидрирани јони во воден раствор се зема како мерка за хемиската активност. Оваа работа може да се претстави како збир од три члена: енергија на атомизација - трансформација на метален кристал во изолирани атоми, енергија на јонизација на слободни метални атоми и енергија на хидратација на добиените јони. Енергијата на атомизација ја карактеризира јачината на кристалната решетка на даден метал. Енергијата на јонизација на атомите - отстранување на валентни електрони од нив - е директно одредена од положбата на металот во периодниот систем. Енергијата што се ослободува за време на хидратацијата зависи од електронската структура на јонот, неговиот полнеж и радиусот.

Јоните на литиум и калиум, кои имаат ист полнеж, но различни радиуси, ќе создадат нееднакви електрични полиња околу себе. Полето генерирано во близина на мали јони на литиум ќе биде посилно од полето во близина на големи јони на калиум. Од ова е јасно дека јоните на литиум ќе хидратираат со ослободување на повеќе енергија од јоните на калиум.

Така, за време на разгледуваната трансформација, енергијата се троши на атомизација и јонизација и енергија се ослободува за време на хидратацијата. Колку е помала вкупната потрошувачка на енергија, толку ќе биде полесен целиот процес и колку поблиску до почетокот на серијата на напрегања ќе се наоѓа дадениот метал. Но, од трите члена на општата енергетска рамнотежа, само еден - енергијата на јонизација - е директно одредена од положбата на металот во периодниот систем. Следствено, нема причина да се очекува дека релативната положба на одредени метали во серијата на напрегања секогаш ќе одговара на нивната позиција во периодниот систем. Така, за литиумот, вкупната потрошувачка на енергија се покажува помала отколку за калиумот, според кој литиумот доаѓа пред калиумот во напонската серија.

За бакар и цинк, потрошувачката на енергија за јонизација на слободните атоми и енергетското засилување при јонска хидратација се блиски. Но, металниот бакар формира посилна кристална решетка од цинкот, како што може да се види од споредбата на температурите на топење на овие метали: цинкот се топи на , а бакарот само на . Затоа, енергијата потрошена за атомизација на овие метали е значително различна, како резултат на што вкупните трошоци за енергија за целиот процес во случајот на бакар се многу поголеми отколку во случајот со цинкот, што ја објаснува релативната положба на овие метали во серијата на напрегања.

При премин од вода на растворувачи кои не се водени, релативните позиции на металите во напонската серија може да се променат. Причината за ова е што енергијата на растворање на различни метални јони се менува различно кога се движат од еден растворувач во друг.

Конкретно, бакарниот јон е доста енергично растворен во некои органски растворувачи; Ова води до фактот дека во таквите растворувачи бакарот се наоѓа во напонската серија пред водородот и го поместува од киселинските раствори.

Така, за разлика од периодичниот систем на елементи, низата метални напрегања не се одраз на општа шема, врз основа на која е можно да се даде сеопфатна Карактеристика на хемиските својства на металите. Низа напони ја карактеризираат само редокс способноста на електрохемискиот систем „јон метал - метал“ под строго дефинирани услови: вредностите дадени во него се однесуваат на воден раствор, температура и единечна концентрација (активност) на метални јони.

Кои информации може да се добијат од низа напони?

Голем број метални напони се широко користени во неорганската хемија. Особено, резултатите од многу реакции, па дури и можноста за нивна имплементација зависат од положбата на одреден метал во NER. Ајде да разговараме за ова прашање подетално.

Интеракција на метали со киселини

Металите лоцирани во напонската серија лево од водородот реагираат со киселини - неоксидирачки агенси. Металите лоцирани во NER десно од H комуницираат само со оксидирачки киселини (особено, со HNO 3 и концентриран H 2 SO 4).

Пример 1. Цинкот се наоѓа во NER лево од водородот, затоа, тој може да реагира со речиси сите киселини:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Пример 2. Бакарот се наоѓа во ERN десно од H; овој метал не реагира со „обични“ киселини (HCl, H 3 PO 4, HBr, органски киселини), но комуницира со оксидирачки киселини (азотна, концентрирана сулфурна):

Cu + 4HNO 3 (конк.) = Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (конк.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Би сакал да го привлечам вашето внимание на една важна точка: кога металите комуницираат со оксидирачките киселини, не се ослободува водородот, туку некои други соединенија. Можете да прочитате повеќе за ова!

Интеракција на метали со вода

Металите лоцирани во напонската серија лево од Mg лесно реагираат со водата веќе на собна температура, ослободувајќи водород и формирајќи алкален раствор.

Пример 3. Натриум, калиум, калциум лесно се раствораат во вода за да формираат алкален раствор:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Металите лоцирани во опсегот на напонот од водород до магнезиум (вклучително) во некои случаи комуницираат со вода, но реакциите бараат специфични услови. На пример, алуминиумот и магнезиумот почнуваат да комуницираат со H 2 O само по отстранувањето на оксидниот филм од металната површина. Железото не реагира со вода на собна температура, туку реагира со водена пареа. Кобалт, никел, калај и олово практично не комуницираат со H 2 O, не само на собна температура, туку и кога се загреваат.

Металите лоцирани на десната страна на ERN (сребро, злато, платина) не реагираат со вода под никакви услови.

Интеракција на метали со водени раствори на соли

Ќе зборуваме за реакции од следниот тип:

метал (*) + метална сол (**) = метал (**) + метална сол (*)

Би сакал да нагласам дека ѕвездичките во овој случај не ја означуваат состојбата на оксидација или валентноста на металот, туку едноставно дозволуваат да се направи разлика помеѓу металот бр.1 и металот бр.2.

За да се спроведе таква реакција, треба да се исполнат три услови истовремено:

1. солите вклучени во процесот мора да се растворат во вода (ова може лесно да се провери со помош на табелата за растворливост);
2. металот (*) мора да биде во серијата на напрегања лево од металот (**);
3. металот (*) не треба да реагира со вода (што исто така лесно се потврдува со ESI).

Пример 4. Ајде да погледнеме неколку реакции:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Првата реакција е лесно изводлива, сите горенаведени услови се исполнети: бакар сулфат е растворлив во вода, цинкот е во NER лево од бакар, Zn не реагира со вода.

Втората реакција е невозможна бидејќи првиот услов не е исполнет (бакар (II) сулфидот е практично нерастворлив во вода). Третата реакција не е изводлива, бидејќи оловото е помалку активен метал од железото (се наоѓа десно во ESR). Конечно, четвртиот процес НЕМА да резултира со врнежи од никел бидејќи калиумот реагира со вода; добиениот калиум хидроксид може да реагира со растворот на сол, но ова е сосема поинаков процес.

Процес на термичко распаѓање на нитрати

Да ве потсетам дека нитратите се соли на азотна киселина. Сите нитрати се распаѓаат кога се загреваат, но составот на производите на распаѓање може да варира. Составот се одредува според положбата на металот во серијата на напрегања.

Нитратите на металите лоцирани во NER лево од магнезиумот, кога се загреваат, го формираат соодветниот нитрит и кислород:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

При термичко распаѓање на металните нитрати лоцирани во напонскиот опсег од Mg до Cu вклучено, се формираат метални оксиди, NO 2 и кислород:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Конечно, при распаѓањето на нитратите од најмалку активните метали (лоцирани во ERN десно од бакарот), се формираат метал, азот диоксид и кислород.

метали

Многу хемиски реакции вклучуваат едноставни супстанции, особено метали. Меѓутоа, различни метали покажуваат различна активност во хемиските интеракции, и тоа одредува дали реакцијата ќе се случи или не.

Колку е поголема активноста на металот, толку посилно реагира со други супстанции. Според активноста, сите метали можат да се подредат во серија, што се нарекува серија на метална активност, или серија на поместување на метали, или метална напонска серија, како и електрохемиска серија на метални напони. Оваа серија првпат ја проучуваше извонредниот украински научник М.М.Бекетов, затоа оваа серија се нарекува и Бекетовска серија.

Серијата активности на Бекетовските метали ја има следната форма (наведени се најчестите метали):

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

Во оваа серија, металите се распоредени со намалување на нивната активност. Меѓу дадените метали најактивно е калиумот, а најмалку златото. Користејќи ја оваа серија, можете да одредите кој метал е поактивен од другиот. Во оваа серија е присутен и водородот. Се разбира, водородот не е метал, но во оваа серија неговата активност се зема како почетна точка (еден вид нула).

Интеракција на метали со вода

Металите се способни да го поместуваат водородот не само од киселински раствори, туку и од вода. Исто како и со киселините, активноста на интеракцијата на металите со водата се зголемува од лево кон десно.

Металите од серијата активности до магнезиум се способни да реагираат со вода во нормални услови. Кога овие метали комуницираат, се формираат алкалии и водород, на пример:

Други метали кои доаѓаат пред водородот во серијата активности, исто така, можат да комуницираат со водата, но тоа се случува во потешки услови. За да стапи во интеракција, прегреаната водена пареа поминува низ врелите метални филови. Во такви услови, хидроксидите повеќе не можат да постојат, така што производите на реакцијата се оксид на соодветниот метален елемент и водород:

Зависност на хемиските својства на металите од нивното место во серијата активности

← металната активност се зголемува

Го поместува водородот од киселините

Не го менува водородот од киселините

Го поместува водородот од водата, формирајќи алкалии

Го поместува водородот од водата на високи температури, формирајќи оксиди

3 не комуницираат со вода

Невозможно е да се отстрани солта од воден раствор

Може да се добие со поместување на поактивен метал од солен раствор или од топење на оксид

Интеракција на метали со соли

Ако солта е растворлива во вода, тогаш атомот на металниот елемент во него може да се замени со атом на поактивен елемент. Ако потопите железна плоча во раствор од пехар (II) сулфат, тогаш по некое време на неа ќе се ослободи бакар во форма на црвен слој:

Но, ако сребрена плоча се потопува во раствор од пехар (II) сулфат, тогаш нема да дојде до реакција:

Cuprum може да се замени со кој било метал што е лево во редот на метална активност. Меѓутоа, металите кои се на самиот почеток на серијата се натриум, калиум итн. - не се погодни за ова, бидејќи тие се толку активни што ќе комуницираат не со сол, туку со вода во која се раствора оваа сол.

Поместувањето на металите од солите со поактивни метали е многу широко користено во индустријата за екстракција на метали.

Интеракција на метали со оксиди

Оксидите на металните елементи се способни да комуницираат со метали. Поактивни метали ги отстрануваат помалку активните од оксидите:

Но, за разлика од реакцијата на металите со соли, во овој случај оксидите мора да се стопат за да дојде до реакција. За да извлечете метал од оксидот, можете да користите кој било метал што се наоѓа во редот за активност лево, дури и најактивниот натриум и калиум, бидејќи стопениот оксид не содржи вода.

Интеракцијата на металите со оксидите се користи во индустријата за екстракција на други метали. Најпрактичниот метал за овој метод е алуминиумот. Тој е доста распространет по природа и ефтин за производство. Можете да користите и поактивни метали (калциум, натриум, калиум), но, прво, тие се поскапи од алуминиумот, и второ, поради нивната ултра висока хемиска активност, многу тешко се зачувуваат во фабриките. Овој метод на екстракција на метали со користење на алуминиум се нарекува алуминотермија.

Металите кои лесно реагираат се нарекуваат активни метали. Тие вклучуваат алкали, метали од алкална земја и алуминиум.

Позиција во периодниот систем

Металните својства на елементите се намалуваат од лево кон десно во периодниот систем. Затоа, елементите на групите I и II се сметаат за најактивни.

Ориз. 1. Активни метали во периодниот систем.

Сите метали се редуцирачки агенси и лесно се разделуваат со електроните на надворешното енергетско ниво. Активните метали имаат само еден или два валентни електрони. Во овој случај, металните својства се зголемуваат од врвот до дното со зголемување на бројот на нивоа на енергија, бидејќи Колку електронот е подалеку од јадрото на атомот, толку полесно ќе се оддели.

Алкалните метали се сметаат за најактивни:

• литиум;
• натриум;
• калиум;
• рубидиум;
• цезиум;
• француски

Алкалните земјени метали вклучуваат:

• берилиум;
• магнезиум;
• калциум;
• стронциум;
• бариум;
• радиум.

Степенот на активност на метал може да се определи со електрохемиската серија на метални напони. Колку подалеку од водородот се наоѓа елементот, толку е поактивен. Металите десно од водородот се неактивни и можат да реагираат само со концентрирани киселини.

Ориз. 2. Електрохемиска серија на напони на метали.

Списокот на активни метали во хемијата го вклучува и алуминиумот, кој се наоѓа во групата III и лево од водородот. Сепак, алуминиумот е на границата на активните и средно активните метали и не реагира со некои супстанции во нормални услови.

Својства

Активните метали се меки (може да се сечат со нож), лесни и имаат ниска точка на топење.

Главните хемиски својства на металите се претставени во табелата.

Реакција	Равенката	Исклучок
Алкалните метали спонтано се палат во воздухот кога се во интеракција со кислород	K + O 2 → KO 2	Литиумот реагира со кислород само на високи температури
Земноалкалните метали и алуминиумот формираат оксидни филмови во воздухот и спонтано се палат кога се загреваат	2Ca + O 2 → 2CaO
Реагирајте со едноставни материи за да формирате соли	Ca + Br 2 → CaBr 2; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	Алуминиумот не реагира со водород
Бурно реагирајте со вода, формирајќи алкалии и водород	- Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2	Реакцијата со литиум е бавна. Алуминиумот реагира со вода само по отстранувањето на оксидниот филм
Реагирајте со киселини за да формирате соли	Ca + 2HCl → CaCl2 + H2; 2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2
Интеракција со раствори на сол, прво реагирајќи со вода, а потоа со сол	2Na + CuCl 2 + 2H 2 O: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Активните метали лесно реагираат, па во природата ги има само во мешавини - минерали, карпи.

Ориз. 3. Минерали и чисти метали.

Што научивме?

Активните метали вклучуваат елементи од групите I и II - алкални и земноалкални метали, како и алуминиум. Нивната активност е одредена од структурата на атомот - неколку електрони лесно се одвојуваат од надворешното енергетско ниво. Тоа се меки лесни метали кои брзо реагираат со едноставни и сложени материи, формирајќи оксиди, хидроксиди и соли. Алуминиумот е поблиску до водородот и неговата реакција со супстанции бара дополнителни услови - високи температури, уништување на оксидниот филм.

Тест на темата

Евалуација на извештајот

Просечна оцена: 4.4. Вкупно добиени оценки: 339.