Здатність металів витискувати водень із кислот. Витискувальний ряд металів

Повернемося до наведеного в попередньому параграфі визначення кислот як складних речовин, у молекулах яких атоми Гідрогену здатні заміщуватися на атоми металів, і підтвердимо це дослідним шляхом.

Помістимо у пробірку трохи магнієвих ошурків, доллємо до них води й будемо спостерігати за змінами у пробірці. За кімнатної температури жодних змін не відбувається (мал. 44).

Помістимо у пробірку приблизно стільки ж магнієвих опіур-ків, доллємо до них розбавленого розчину сульфатної кислоти (1 частину кислоти змішано з приблизно 5 частинами води) й відразу закриємо пробірку пробкою з газовідвідною трубкою (мал. 45). Будемо спостерігати, як магній активно взаємодіє з кислотою, про що свідчить виділення газуватої речовини (бульбашок).

Зберемо газ способом витіснення води та випробуємо його. Для цього наповнену газом пробірку закриємо під водою скляною пластинкою і виймемо з посудини.

З’ясуємо, який газ ми зібрали. Пригадайте з вивченого в 7-му класі, що кисень підтримує горіння, тому запалений сірник чи тліюча скіпка в ньому яскраво загоряються.

За допомогою запаленого сірника можна встановити й наявність водню. Полум’я сірника цілком достатньо, щоб підпалити водень у пробірці. Виходячи з того, що у складі сульфатної кислоти є як атоми Гідрогену, так й атоми Оксигену, перевіримо, який газ — водень чи кисень — ми зібрали. Піднесемо запалений сірник до отвору пробірки — і відразу почуємо приглушене хлопання (вибух). Окиснення водню відбулося надто швидко і спричинило невеликий вибух, тоді як яскравого згорання сірника, як у досліді з киснем, не сталося.

Робимо висновок, що магній витіснив із кислоти атоми Гідрогену, про що свідчить утворений продукт реакції — водень:

Отже, у проведеній реакції утворилася проста газувата речовина водень.

Він не має кольору й запаху, погано розчинний у воді. Його ми виявили за іншою ознакою — миттєвим згорянням у кисні, що супроводжується вибухом.

Ця речовина належить до іншого класу неорганічних сполук — солей. З представником цього класу сполук — кухонною сіллю NaCl — ви вже стикалися, проводивши розділення суміші солі й води випарюванням. Скористаємося цим способом і перевіримо дослідним шляхом наявність солі в розчині, що залишився у пробірці після проведення досліду. Для цього декілька крапель утвореного після реакції розчину випаримо на скляній пластинці. Після випаровування води на пластинці залишається невелика кількість солі білого кольору.

Продовжимо досліджувати здатність атомів металічних елементів заміщувати атоми Гідрогену в молекулах кислот, але вже на прикладі інших металів. Для цього виконаємо дослід із хло-ридною кислотою і цинком.

Обережно помістимо у пробірку кілька гранул металу цинку та доллємо до них розбавленого розчину хлоридної кислоти. Почнемо спостерігати за тим, що відбувається у пробірці. Досить швидко поверхня гранул вкриється пухирцями газуватої речовини. Підігріємо вміст пробірки, і газ почне виділятися активніше {мал. 46).

Розрахунки підтверджують, що водень у 14,5 раза легший від повітря. Отже, щоб наповнити пробірку воднем способом витіснення повітря, її треба тримати догори дном. Зберемо газуватий продукт реакції в суху пробірку й випробуємо його.

Як і в попередньому досліді, лунає приглушене хлопання. Отже, цинк витіснив атоми Гідро-

Якщо збирати водень у суху пробірку витісненням повітря, то після спалювання на її стінках з’являються маленькі крапельки води — продукту горіння водню:

гену з молекули гідроген хлориду. З них утворилися молекули водню. Це підтвердилося горінням, що супроводжувалось вибухом:

Реакція горіння водню супроводжується вибухом. Тому для безпечності її проведення слід брати водню не більше, ніж об’єм пробірки (близько 20 мл).

РЕАКЦІЇ ЗАМІЩЕННЯ. Спробуйте визначити, чи можна взаємодію металів із кислотами віднести до відомих вам реакцій сполучення чи розкладу (див. «Повторення»). Здійснимо аналіз хімічного рівняння 1.

Як бачимо, на відміну від реакцій сполучення чи розкладу, це інший тип хімічної реакції. Для нього характерна наявність у складі реагентів простої та складної речовини. Серед продуктів реакції наявні також 2 речовини, одна з яких проста, а інша — складна. Такі реакції називають реакціями заміщення.

Реакція заміщення — це реакція між простою і складною речовиною, у результаті якої утворюються нова складна й нова проста речовини.

До мідних ошурків додамо розбавленої хлоридної кислоти. Спостереження засвідчує, що реакція не відбувається. Підігріємо вміст пробірки й переконаємося у відсутності будь-яких змін, тобто мідь не витіснила атоми Гідрогену із хлоридної кислоти.

ВИТИСКУ ВАЛЬНИЙ РЯД МЕТАЛІВ. У цьому параграфі ви ознайомилися з дослідами та з’ясували, що одні метали витискують Гідроген із кислот, інші — ні. Цю властивість металів дослідив учений Микола Миколайович Бекетов і за здатністю металів витісняти Гідроген із кислот побудував (уклав) витиску вальний ряд металів:

Li, К, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H₂), Cu, Ag, Hg, Pt, Au

Микола Миколайович Бекетов (1827-1911) — відомий учений у галузі фізики та хімії, росіянин за походженням, тривалий час працював професором Харківського університету (нині Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна). Стояв біля витоків однієїз галузей хімічної науки — фізичної хімії. Йому належить відкриття одного зі способів добування металів із руд-оксидів — алюмінотермії. Назва свідчить, що має місце використання алюмінію, який за відповідної температури вступає в реакцію з оксидом металічного елемента, окиснюється, а метал виділяється у вигляді простої речовини. Так добувають високоїчистоти залізо, хром, кобальт, нікель, манган. У 1863 р. Бекетов склав витискуваль-ний ряд металів.

Дізнайтеся, як діяльність М. М. Бекетова пов’язана з Україною, й ознайомте з цією інформацією однокласників.

Усі метали, розташовані у витнскувальному ряді (його ще називають рядом активності металів) ліворуч від водню, витискують Гідроген із кислот. Ця здатність металів послаблюється від літію до свинцю. Метали, розташовані у витнскувальному ряді після водню, не витискують Гідроген із кислот, тобто не взаємодіють з ними.

Ця закономірність не поширюється на нітратну кислоту та концентровану⁷ сульфатну кислоту. Вони взаємодіють із металами, розташованими у витнскувальному ряді до водню та після нього. Як саме — дізнаєтесь у старших класах.

Слід також знати і пам’ятати, що метали Li, К, Ba, Sr, Ca, Na витискують Гідроген не лише з кислот, а й з води, у якій кислоти розчинені. Тому запис лише одного рівняння (метал 4- кислота) не зовсім відповідає дійсності. Користуючись витиску вальним рядом металів, легко визначити, взаємодіятиме метал із кислотою чи ні.

1. У проведених дослідах активність магнію була найвищою, цинку — дещо меншою, а мідь узагалі не реагувала з кислотою. Користуючись витискувальним рядом, з’ясуйте, як це узгоджується з місцем магнію, цинку та міді в ньому.

2. Керуючись витискувальним рядом металів, спрогнозуйте можливість взаємодії:

Витискувальний ряд, або ряд активності,— це ряд, у якому метали розташовані за їх здатністю витісняти Гідроген із кислот.

Метали, розташовані в ряді активності до водню, витискують Гідроген із кислоту вигляді простої речовини водню (H₂), метали, розташовані в ряді активності після водню,— не витискують його.

Якісною реакцією на водень є його взаємодія з киснем, під час якої чується приглушене хлопання — маленький вибух. Щоб ця реакція відбулася, достатньо запалений сірник піднести до отвору пробірки з воднем.

Реакція заміщення — це реакція між простою та складною речовинами, продуктами якої є нові проста і складна речовини.

Поясніть, на підставі чого М. М. Бекетов уклав витискувальний ряд металів.

Чим пояснити, що у витискувальному ряді металів наявна проста газувата речовина водень?

Дайте означення реакції заміщення. Наведіть приклади.

У чому проявляється прогностична функція витискувального ряду?

Серед наведених формул зазначте формули тих речовин, які витісняють водень із кислот: КСІ, Cl₂, Mn, Pb, Hg, С, Cd, Pt. Запишіть відповідні рівняння хімічних реакцій, якщо в утворених складних речовинах атоми, що заміщують Гідроген у кислотах, двовалентні.

Укажіть тип хімічної реакції, що відбувається за схемою

А сполучення Б обміну В заміщення Г розкладу Виберіть зайве в кожному з переліків: a) Mg, Cu, Fe; б) Zn, Cu, Hg.

Установіть відповідність між схемою рівняння реакції і типом реакції.

Спрогнозуйте, який із металів — цинк чи олово — за один і той самий час витіснить більший об’єм водню з хлоридної кислоти за умови, що кількість речовини обох металів однакова, а для проведення реакції кислота взята з однаковим вмістом гідроген хлориду.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко