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 + 2NO3aq |
|
Перечень частиц, оказавшихся в растворе (и не реагирующих с водой веществ) до начала реакции |
Mg, Pb2 (Магний в ряду напряжений стоит левее свинца, следовательно он " активнее" , чем свинец) |
|
|
Ионное уравнение |
Mg + Pb2 |
|
|
Перечень частиц в растворе после завершения реакции |
Mg2 |
|
|
Проверка |
Эти частицы между собой не реагируют |
|
|
" Молекулярное" уравнение |
Mg + Pb(NO3)2р = Mg(NO3)2р + Pb |
|
Вы знаете, что наиболее активные металлы, то есть металлы, атомы которых с особой легкостью отдают электроны, окисляются водой (§ 11.4). Свои электроны атомы металлов отдают атомам водорода молекул воды, так как эти атомы водорода несут частичный заряд Δ . Можно сказать и наоборот: атомы водорода молекул воды, испытывая недостаток в электронах, отнимают электроны у атомов металла. Атомы менее активных металлов, обладающие меньшей склонностью к отдаче электронов, не могут отдать электроны атомам водорода, входящим в состав молекул воды (не окисляются водой). Но существует частица, в которой атомы водорода несут существенно больший частичный заряд Δ , чем те же атомы в молекуле воды. Это ион оксония. Следовательно, с этими ионами должны реагировать атомы большего числа металлов, чем реагируют с молекулами воды. Так оно и есть: большинство металлов вступает в реакцию с растворами кислот. Например, поместив гранулу цинка (он с водой не реагирует – вспомните оцинкованные ведра) в пробирку с соляной кислотой, мы сразу же увидим, как в виде пузырьков выделяется водород. Каждый атом цинка отдает свои два электрона двум атомам водорода разных ионов оксония. Пары электронов, связывавшие атомы кислорода с такими атомами водорода, полностью переходят к атомам кислорода. В результате образуются двухзарядные ионы цинка, атомы водорода и молекулы воды:
Ионы цинка гидратируются 
, в свою очередь, атомы водорода объединяются в молекулы, а молекулы – в пузырьки газа, в виде которого водород и выделяется из раствора:
2H· = H2
В итоге ионное уравнение этой реакции:
Zn + 2H3O = Zn2 aq + H2 + 2H2O,
а " молекулярное " : Zn + 2(H3O)Clр = ZnCl2р + H2 , но раствор хлорида оксония – это раствор хлороводорода (соляная кислота), поэтому молекулярное уравнение этой реакции обычно записывают так:
Zn + 2HClр = ZnCl2р + H2
Электронный баланс:
Zn0 –2e– = Zn+II
2H+I +2e– = H02.
Таким образом, атомы водорода в степени окисления +I, входящие в состав ионов оксония, являются в этой реакции окислителями, а нейтральные атомы цинка – восстановителями.
Аналогичное поведение ионов оксония и ионов металлов, участвующих в таких реакциях, дает возможность поместить водород в ряд напряжений в соответствии с окислительной активностью иона оксония.
Таким образом, все металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, реагируют с растворами кислот, " вытесняя " водород, из них металлы от лития до натрия, кроме того, реагируют и с водой (это не относится к азотной кислоте – с ней реакции протекают по-другому).
Металлы, стоящие в этом ряду правее водорода, с водой не реагируют и водород из растворов кислот не " вытесняют" . С некоторыми кислотами или смесями кислот эти металлы все же реагируют, но водород при этом все равно не выделяется.
Обратите внимание: с безводными кислотами металлы или не реагируют (например, с фосфорной), или реагируют совсем по-другому (например, с серной). С некоторыми такими реакциями вы познакомитесь при изучении химических свойств конкретных веществ.
В качестве примера использования шаблона для составления уравнения реакции рассмотрим реакцию алюминия с раствором бромоводорода (бромоводородной кислотой):
|
Исходные вещества |
Al |
HBr |
|
Взаимодействие их с водой |
Не реагирует |
HBr + H2O = H3O |
|
Перечень частиц, оказавшихся в растворе (и не реагирующих с водой веществ) до начала реакции |
Al, H3O (Алюминий стоит в ряду напряжений левее водорода, следовательно, он окисляется ионами оксония.) |
|
|
Ионное уравнение |
2Al + 6H3O |
|
|
Перечень частиц в растворе после завершения реакции |
Al3 |
|
|
Проверка |
Эти частицы между собой не реагируют |
|
|
" Молекулярное" уравнение |
2Al + 6HBrp = 2AlBr3p + 3H2 | |