Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 33. Здатність металів витискувати водень із кислот. Витискувальний ряд металів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • трактувати взаємодію кислот з металами як хімічне явище;
  • дізнатись, за якою ознакою укладено витискувальний ряд металів;
  • ознайомитися з новим типом хімічних реакцій — реакціями заміщення.

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

Дослід 1. 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. 42).

Мал. 42. Ілюстрація досліду 1

Дослід 2. Помістимо у пробірку приблизно стільки ж магнієвих ошурків, 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. 43). Будемо спостерігати, як магній активно взаємодіє з кислотою, про що свідчить поява бульбашок газоподібної речовини.

Мал. 43. Ілюстрація досліду 2

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

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

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 молекули сульфатної кислоти є й атоми Гідрогену, і атоми Оксигену, перевіримо, який газ — водень чи кисень — ми зібрали. Піднесемо запалений сірник до отвору пробірки — і відразу почуємо приглушене хлопання (вибух). Це відбулося миттєве окиснення водню, що й спричинило невеликий вибух. Яскравого спалахування сірника, як у досліді з киснем, не сталося.

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

Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑ (1)

Отже, у проведеній реакції одним із продуктів є проста газоподібна речовина водень. Він не має кольору й запаху, погано розчинний у воді. Його ми виявили з іншою ознакою — миттєвим згорянням у кисні, що супроводжується вибухом.

Проаналізуйте склад іншого продукту реакції і зробіть висновок, до простих чи складних речовин він належить.

Другий продукт реакції належить до іншого класу неорганічних сполук — солей. З представником цього класу сполук — кухонною сіллю NaCl — ви вже стикалися, коли розділяли суміші солі й води випарюванням. Скористаємося цим способом і перевіримо дослідним шляхом наявність утвореної 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 хлоридною кислотою і цинком.

Дослід 3. Обережно помістимо у пробірку кілька гранул металу цинку та доллємо до них розбавленої хлоридної кислоти. Почнемо спостерігати за тим, що відбувається у пробірці. Досить швидко поверхня гранул вкривається пухирцями газоподібної речовини. Підігріємо вміст пробірки, і газ почне виділятися активніше (мал. 44).

Мал. 44. Ілюстрація досліду 3

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

Як і в попередньому досліді, лунає приглушене хлопання. Отже, цинк витіснив атоми Гідрогену з молекул гідроген хлориду. Утворилися молекули водню. Це підтвердилося горінням, що супроводжувалось вибухом.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (2)

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

2H2 + О2 = 2H2О (3)

Пам'ятайте! 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. § 2). Здійсніть аналіз хімічного рівняння 1.

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

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

Дослід 4. До мідних ошурків додамо розбавленої хлоридної кислоти. Спостереження свідчить про те, що реакція не відбувається. Підігріємо вміст пробірки й переконаємося у відсутності будь-яких змін, тобто мідь не витіснила атоми Гідрогену із хлоридної кислоти.

Cu + HCl ≠

ВИТИСКУВАЛЬНИЙ РЯД МЕТАЛІВ. 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) витискувальний ряд металів.

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

Сторінка ерудита

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 однієї з галузей хімічної науки — фізичної хімії.

Микола Миколайович Бекетов

Йому належить відкриття одного зі способів добування металів із руд-оксидів — алюмінотермії. Назва свідчить про те, 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 високої чистоти залізо, хром, кобальт, нікель, манган. У 1863 р. Бекетов склав витискувальний ряд металів.

Усі метали, розташовані у витискувальному 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 витискувальному ряді після водню, не витискують Гідроген із кислот, тобто не взаємодіють з ними.

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

Слід також знати та пам'ятати про те, що метали Li, K, Ba, Sr, Ca, Na витискують Гідроген не лише з кислот, а й з води, у якій кислоти розчинені. Тому запис лише одного рівняння (метал + кислота) не зовсім відповідає дійсності. Користуючись витискувальним рядом металів, легко визначити, взаємодіятиме метал із кислотою чи ні.

Попрацюйте групами

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 їх взаємодії металу з кислотою за наведеними напівсхемами:

  • а) Al + HCl →
  • б) Ag + H3PO4
  • в) Cd + H2SO3

Стисло про основне

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

• Метали, розташовані в ряді активності до водню, витискують Гідроген із кислот у вигляді простої речовини водню (H2), метали, розташовані в ряді активності після водню, — ні.

• Якісною реакцією на водень є його взаємодія з киснем, під час якої відбувається приглушене хлопання — маленький вибух. Для цієї реакції 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.

Знаємо, розуміємо

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

2. Чим пояснити, що у витискувальному ряді металів наявна проста газоподібна речовина водень?

3. Дайте визначення реакції заміщення. Наведіть приклади.

4. У чому проявляється прогностична функція витискувального ряду?

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

Застосовуємо

107. Зазначте формули тих речовин, які витісняють водень із кислот: Hg, Cl2, Mn, Pb, Hg, C, Cd, Pt. Запишіть відповідні рівняння хімічних реакцій, якщо в утворених складних речовинах атоми, що заміщують Гідроген у кислотах, двовалентні. 108. Зазначте тип хімічної реакції, що відбувається за поданою схемою.

Co + НСl → СоСl2 + Н2

  • А сполучення
  • Б обміну
  • В заміщення
  • Г розкладу

109. Виберіть зайве в кожному з переліків:

  • а) Mg, Cu, Fe;
  • б) Zn, Cu, Hg.

110. Установіть відповідність між схемою рівняння реакції і типом реакції.

Схема рівняння реакції

Тип реакції

1

H2 + О2 → H2О

А

заміщення

2

HgО → Hg + О2

Б

сполучення

3

Fe + НСl → FeCl2 + H2

В

розкладу

Г

нейтралізації

111. 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 кислоту взято з однаковим вмістом гідроген хлориду.