23.1: Прямі окислювально-відновні реакції

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 23: Електрохімія
- 23.2: Електрохімічна реакція

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Золото і срібло - широко використовувані метали для виготовлення ювелірних виробів. Однією з причин цих металів використовуються для цієї мети є те, що вони дуже нереактивні. Вони не реагують при контакті з більшістю інших металів, тому частіше залишаються в такті в складних умовах. Ніхто не хоче, щоб їх улюблена прикраса розвалилася!

Прямі окислювально-відновні реакції

Коли смужка цинкового металу поміщається в синій розчин мідного (II) сульфату (рис. Нижче), відразу ж починається реакція, коли цинкова смужка починає темніти. Якщо залишити в розчині на більш тривалий проміжок часу, цинк буде поступово розпадатися через окислення до іонів цинку. При цьому іони міді (II) з розчину відновлюються до металу міді (див. Другий малюнок нижче), що призводить до того, що синій розчин сульфату міді (II) стає безбарвним.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Розчин мідного купоросу.

Малюнок $\PageIndex{2}$ : Реакція металу цинку в розчині мідного купоросу.

Процес, який відбувається в цій окислювально-відновній реакції, показаний нижче як дві окремі напівреакції, які потім можуть бути об'єднані в повну окислювально-відновну реакцію.

$\begin{array}{ll} \text{Oxidation:} & \ce{Zn} \left( s \right) \rightarrow \ce{Zn^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-} \\ \text{Reduction:} & \ce{Cu^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-} \rightarrow \ce{Cu} \left( s \right) \\ \hline \text{Full Reaction:} & \ce{Zn} \left( s \right) + \ce{Cu^{2+}} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Zn^{2+}} \left( aq \right) + \ce{Cu} \left( s \right) \end{array}\nonumber$

Чому така реакція виникає спонтанно? Ряд активності являє собою список елементів у порядку спадання реактивності. Елемент, який вище в ряді активності, здатний витіснити елемент, який знаходиться нижче на ряду в реакції однозаміщення. У цій серії також перераховані елементи в порядку легкості окислення. Елементи вгорі найлегше окислюються, в той час як ті, що знаходяться внизу, найбільш важко окислюються. Наведена нижче таблиця показує ряд активності разом з напівреакцією окислення кожного елемента.

Активність серії металів
Таблиця $\PageIndex{1}$ : Активність серії металів
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Елемент	Окислення напівреакція
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="vertical-align:middle; ">Найбільш активні або найбільш легко окислюються.	Літієві	$\ce{Li} \left( s \right) \rightarrow \ce{Li^+} \left( aq \right) + \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Калій	$\ce{K} \left( s \right) \rightarrow \ce{K^+} \left( aq \right) + \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Барій	$\ce{Ba} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ba^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Кальцій	$\ce{Ca} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ca^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Натрій	$\ce{Na} \left( s \right) \rightarrow \ce{Na^+} \left( aq \right) + \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Магній	$\ce{Mg} \left( s \right) \rightarrow \ce{Mg^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Алюміній	$\ce{Al} \left( s \right) \rightarrow \ce{Al^{3+}} \left( aq \right) + 3 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Цинк	$\ce{Zn} \left( s \right) \rightarrow \ce{Zn^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Залізо	$\ce{Fe} \left( s \right) \rightarrow \ce{Fe^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Нікель	$\ce{Ni} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ni^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Олово	$\ce{Sn} \left( s \right) \rightarrow \ce{Sn^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Свинець	$\ce{Pb} \left( s \right) \rightarrow \ce{Pb^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Водень	$\ce{H_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{H^+} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Мідь	$\ce{Cu} \left( s \right) \rightarrow \ce{Cu^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Меркурій	$\ce{Hg} \left( l \right) \rightarrow \ce{Hg^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Сріблястий	$\ce{Ag} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ag^+} \left( aq \right) + \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="вертикально-вирівнювання:middle; ">	Платина	$\ce{Pt} \left( s \right) \rightarrow \ce{Pt^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-}$
\ (\ pageIndex {1}\): Активність серії металів» style="vertical-align:middle; ">Найменш активний або найбільш важко окислюється.	Золотий	$\ce{Au} \left( s \right) \rightarrow \ce{Au^{3+}} \left( aq \right) + 3 \ce{e^-}$

Зверніть увагу, що цинк вказаний вище міді по ряду активності. що означає, що цинк легше окислюється, ніж мідь. Саме тому іони міді (II) можуть виступати окислювачем при контакті з металом цинку. Іони будь-якого металу, що знаходиться нижче цинку, наприклад, свинець або срібло, окислюють цинк в подібній реакції. Ці типи реакцій називаються прямими окислювально-відновними реакціями, оскільки електрони протікають безпосередньо від атомів одного металу до катіонів іншого металу. Однак ніякої реакції не відбудеться, якщо смужку мідного металу помістити в розчин іонів цинку, оскільки іони цинку не здатні окислювати мідь. Іншими словами, така реакція є неспонтанною.

Резюме

Наведено ряд активності металів.
Описано параметри спонтанних реакцій між металами.