23.1: Прямі окислювально-відновні реакції
- Page ID
- 19242
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.
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.
| 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.