Номер 2, страница 104 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 23. Ряд стандартных электродных потенциалов. Глава V. Электрохимические реакции - номер 2, страница 104.

Условие.

• Почему в ряд активности металлов включён водород?

Решение.

Решение 2.

Водород, несмотря на то что является неметаллом, включен в электрохимический ряд активности металлов (также известный как ряд напряжений) по нескольким ключевым причинам. Он служит важной точкой отсчета и практическим критерием для классификации химического поведения металлов.

Основные причины включения водорода в ряд активности:

• Точка отсчета (нулевой потенциал). В электрохимии принято считать стандартный электродный потенциал водородного электрода равным нулю при стандартных условиях (температура 298 К, давление 101,3 кПа, активность ионов $H^+$ в растворе 1 моль/л). Потенциал полуреакции $2H^+ + 2e^- \rightleftharpoons H_2$ обозначается как $E^0(2H^+/H_2)$ и принимается за 0,00 В. Потенциалы всех остальных металлов измеряются и сравниваются относительно этого условного нуля.
• Практический критерий для реакций с кислотами. Положение металла относительно водорода в ряду активности позволяет предсказать, будет ли этот металл вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей (например, из соляной $HCl$ или разбавленной серной $H_2SO_4$).
  • Металлы, стоящие в ряду до водорода (левее), имеют отрицательный стандартный электродный потенциал. Они являются более сильными восстановителями, чем водород, и способны вытеснять его из растворов кислот. Например, цинк ($Zn$) реагирует с соляной кислотой:
    $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
  • Металлы, стоящие в ряду после водорода (правее), имеют положительный стандартный электродный потенциал. Они являются более слабыми восстановителями и не могут вытеснять водород из таких кислот. Например, медь ($Cu$):
    $Cu + HCl \rightarrow \text{реакция не идет}$
  Таким образом, водород выступает в роли удобной границы, разделяющей металлы по их поведению в кислотной среде.
• Аналогия в химическом поведении. В окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в водных растворах, катионы водорода ($H^+$) ведут себя подобно катионам металлов: они могут принимать электроны (восстанавливаться), превращаясь в простое вещество $H_2$. Атомы металлов, в свою очередь, отдают электроны (окисляются), превращаясь в катионы. Реакция вытеснения водорода металлом из кислоты — это типичная реакция замещения, аналогичная вытеснению одного металла другим, менее активным, из раствора его соли.
  Сравните:
  $Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0$ (цинк вытесняет водород)
  $Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0$ (железо вытесняет медь)
  Эта аналогия делает логичным включение водорода в ряд, где элементы сравниваются по их восстановительной способности.

Ответ:

Водород включен в ряд активности металлов, так как он выполняет роль универсальной точки отсчета и практического разделителя. Во-первых, его стандартный электродный потенциал условно принят за ноль ($E^0 = 0.00$ В), что позволяет измерять и сравнивать активность всех металлов относительно него. Во-вторых, его положение в ряду позволяет легко определить, будет ли металл вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей: металлы, стоящие до водорода, его вытесняют, а стоящие после — нет. В-третьих, в окислительно-восстановительных процессах ион водорода ($H^+$) ведет себя аналогично ионам металлов, конкурируя с атомами металлов за присоединение электронов.