Номер 11, страница 93 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Примените свои знания. Параграф 16. Металлы. Глава III. Вещества и их свойства - номер 11, страница 93.

Условие.

11. Какой металл способен восстановить водород как из раствора кислоты, так и из раствора щелочи: литий, кальций, магний, цинк? Ответ поясните. Напишите уравнения реакции. Разберите окислительно-восстановительный баланс.

Решение.

Решение 2.

Решение

Для того чтобы металл был способен восстанавливать водород как из раствора кислоты, так и из раствора щёлочи, он должен стоять в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода (быть достаточно активным для вытеснения водорода) и обладать амфотерными свойствами (способностью реагировать и с кислотами, и со щелочами).

Рассмотрим предложенные металлы:

• Литий (Li) и кальций (Ca) — очень активные металлы, которые бурно реагируют непосредственно с водой, поэтому в любом водном растворе они будут вытеснять водород в первую очередь из воды, а не вступать в специфическую реакцию со щёлочью.
• Магний (Mg) — активный металл, реагирует с кислотами, но не проявляет амфотерных свойств и не взаимодействует с растворами щелочей.
• Цинк (Zn) — металл, расположенный в ряду напряжений левее водорода и обладающий амфотерными свойствами. Эти свойства позволяют ему реагировать как с кислотами, так и с растворами щелочей с выделением водорода.

Таким образом, из перечисленных металлов только цинк удовлетворяет обоим условиям.

Уравнения реакций и окислительно-восстановительный баланс для цинка:

1. Реакция с раствором кислоты (на примере соляной кислоты $HCl$):

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

В этой реакции цинк окисляется, а ионы водорода из кислоты восстанавливаются.

Окислительно-восстановительный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1 | окисление, $Zn^0$ — восстановитель
$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | восстановление, $H^{+}$ — окислитель

2. Реакция с раствором щёлочи (на примере гидроксида натрия $NaOH$):

$Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2 \uparrow$

В этой реакции цинк также окисляется, а водород восстанавливается, но уже из молекул воды. Щёлочь создает необходимую среду и участвует в образовании комплексного соединения.

Окислительно-восстановительный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1 | окисление, $Zn^0$ — восстановитель
$2H^{+1} (\text{из } H_2O) + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | восстановление, $H_2O$ — окислитель

Ответ: цинк (Zn).