11.8: Серія діяльності

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19108

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Вибух натрію (ліворуч) та табірна чашка та тамблер (праворуч). — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Скопіюйте та вставте підпис тут. (Кредит: Натрій: Користувач: Ajhalls/Вікісховище; Срібло: Користувач: Daderot/Wikimedia Commons; Джерело: Натрій: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Large_Sodium_Explosion.jpg(opens у новому вікні); Срібло: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Camp_cup_and_tumbler,_1795-1800,_Paul_Revere_ silver_collection, _Worcester_Art_Museum_-_IMG_7624.JPG (відкривається в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Яка різниця між двома зображеннями вище?

Вище ми бачимо два метали, які можуть піддаватися впливу води. Картинка зліва - натрій, який дає бурхливу реакцію при контакті з водою. Зображення праворуч срібло, метал настільки не реагує з водою, що його можна перетворити в питні судини. Обидва метали мають один електрон у зовнішній оболонці, тому ви б прогнозували подібні реакції. Однак у нас є кращий інструмент, який дозволяє нам зробити кращий прогноз про те, що з чим буде реагувати.

Серія діяльності

Реакції одноразової заміни відбуваються лише тоді, коли елемент, який виконує заміну, є більш реактивним, ніж елемент, який замінюється. Тому корисно мати список елементів в порядку їх відносної реактивності. Ряд активності являє собою перелік елементів у порядку зменшення реактивності. Оскільки метали замінюють інші метали, тоді як неметали замінюють інші неметали, кожен з них має окремий ряд активності. Наведена нижче таблиця являє собою ряд активності найбільш поширених металів і галогенів.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Серія діяльності
Діяльність металів		активність галогенів
Елементи	Реакція, що відбувається	Елементи
\(\ce{Li}\) \(\ce{K}\) \(\ce{Ba}\) \(\ce{Sr}\) \(\ce{Ca}\) \(\ce{Na}\)	Реагуйте з холодною водою, замінюючи водень.	\(\ce{F_2}\) \(\ce{Cl_2}\) \(\ce{Br_2}\) \(\ce{I_2}\)
\(\ce{Mg}\) \(\ce{Al}\) \(\ce{Zn}\) \(\ce{Cr}\) \(\ce{Fe}\) \(\ce{Cd}\)	Реагують з парою, але не холодною водою, замінюючи водень.
\(\ce{Co}\) \(\ce{Ni}\) \(\ce{Sn}\) \(\ce{Pb}\)	Чи не вступають в реакцію з водою. Реагують з кислотами, замінюючи водень.
\(\ce{H_2}\)
\(\ce{Cu}\) \(\ce{Hg}\) \(\ce{Ag}\) \(\ce{Pt}\) \(\ce{Au}\)	Нереактивна з водою або кислотами.

Для реакції однозаміщення даний елемент здатний замінити елемент, який знаходиться нижче нього в ряді активності. Це може бути використано для прогнозування того, чи відбудеться реакція. Припустимо, що невеликі шматочки металевого нікелю поміщали в два окремих водних розчини: один з нітрату заліза (III) і один з нітрату свинцю (II). Дивлячись на ряд активності, ми бачимо, що нікель знаходиться нижче заліза, але вище свинцю. Тому метал нікелю буде здатний замінити свинець в реакції, але не зможе замінити залізо.

\[\ce{Ni} \left( s \right) + \ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Ni(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{Pb} \left( s \right)\nonumber \]

\[\ce{Ni} \left( s \right) + \ce{Fe(NO_3)_3} \left( aq \right) \rightarrow \text{NR (no reaction)}\nonumber \]

В описах, які супроводжують ряд активності металів, даний метал також здатний переживати реакції, описані нижче цього розділу. Наприклад, літій вступить в реакцію з холодною водою, замінюючи водень. Він також буде реагувати з парою та кислотами, оскільки для цього потрібен менший ступінь реакційної здатності.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Single-Replacement Reactions

Використовуйте ряд активності, щоб передбачити, чи відбуватимуться наступні реакції. Якщо немає, пишіть\(\text{NR}\). Якщо реакція все ж відбулася, запишіть продукти реакції і збалансуйте рівняння.

\(\ce{Al} \left( s \right) + \ce{Zn(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow\)
\(\ce{Ag} \left( s \right) + \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow\)

Рішення

Крок 1: Плануйте проблему.

Для А порівняйте місця розміщення алюмінію та цинку на рядах активності. Для B порівняйте місця розміщення срібла та водню.

Крок 2: Вирішіть.

Так як алюміній вище цинку, він здатний замінити його і відбудеться реакція. Продуктами реакції будуть водний нітрат алюмінію і твердий цинк. Подбайте про те, щоб написати правильні формули для продуктів, перш ніж збалансувати рівняння. Алюміній приймає\(+3\) заряд в іонній сполуці, тому формула нітрату алюмінію є\(\ce{Al(NO_3)_3}\). Збалансоване рівняння таке:

\[2 \ce{Al} \left( s \right) + 3 \ce{Zn(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{Al(NO_3)_3} \left( aq \right) + 3 \ce{Zn} \left( s \right)\nonumber \]

Оскільки срібло знаходиться нижче водню, воно не здатне замінити водень в реакції з кислотою.

\[\ce{Ag} \left( s \right) + \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow \text{NR}\nonumber \]

Резюме

Метали і галогени ранжуються відповідно до їх здатності витісняти інші метали або галогени нижче них в ряду.

Рецензія

Що нам говорить серія діяльності?
Чи може метал зазнати будь-яку з реакцій, перерахованих нижче його в серії?
Перерахуйте два метали, які кобальт витіснить, і два, які витіснять його.