Страница 49 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

С какими металлами и при каких условиях вода вступает в химические реакции?

Способность металла вступать в химическую реакцию с водой зависит от его химической активности, которая определяется положением металла в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности). В зависимости от этого, металлы можно разделить на несколько групп.

1. Активные металлы (щелочные и щелочноземельные)

К этой группе относятся металлы IА группы (литий $Li$, натрий $Na$, калий $K$ и др.) и IIА группы (кальций $Ca$, стронций $Sr$, барий $Ba$).

Условия: Эти металлы реагируют с водой уже при комнатной температуре (с холодной водой). Реакции протекают очень бурно, с выделением большого количества тепла (экзотермические). В случае калия, рубидия и цезия выделяющийся водород самовоспламеняется на воздухе.

Продукты реакции: В результате реакции образуется растворимое основание (щелочь) и выделяется газообразный водород $H_2$.

Общая схема для щелочных металлов:

$2Me + 2H_2O \rightarrow 2MeOH + H_2 \uparrow$

Пример с натрием:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

Общая схема для щелочноземельных металлов:

$Me + 2H_2O \rightarrow Me(OH)_2 + H_2 \uparrow$

Пример с кальцием:

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

Ответ: Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с холодной водой, образуя щелочь и водород.

2. Металлы средней активности

К этой группе относятся металлы, стоящие в ряду активности примерно от магния $Mg$ до железа $Fe$ (например, $Mg$, $Al$, $Zn$, $Fe$, $Cr$).

Условия: Эти металлы реагируют с водой только при определенных условиях, как правило, при нагревании.

• Магний ($Mg$) медленно реагирует с холодной водой, но активно взаимодействует с кипящей водой, образуя гидроксид магния и водород:
  $Mg + 2H_2O \xrightarrow{100^\circ C} Mg(OH)_2 \downarrow + H_2 \uparrow$
• Алюминий ($Al$), цинк ($Zn$), железо ($Fe$) в обычных условиях с водой не реагируют (алюминий защищен прочной оксидной пленкой). Однако при высоких температурах они реагируют с водяным паром. Продуктом реакции является оксид металла, а не гидроксид.
  Пример с цинком:
  $Zn + H_2O (пар) \xrightarrow{t^\circ} ZnO + H_2 \uparrow$
  Пример с железом (образуется железная окалина):
  $3Fe + 4H_2O (пар) \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$

Ответ: Металлы средней активности (Mg, Al, Zn, Fe) реагируют с водой при нагревании: магний - с кипящей водой с образованием гидроксида, а цинк и железо - с водяным паром при высокой температуре с образованием оксида и водорода.

3. Малоактивные и благородные металлы

К этой группе относятся металлы, стоящие в ряду активности после водорода (медь $Cu$, ртуть $Hg$, серебро $Ag$, платина $Pt$, золото $Au$).

Условия: Эти металлы не вытесняют водород из воды и не вступают с ней в реакцию ни при каких условиях (ни при комнатной температуре, ни при нагревании, ни с паром).

$Cu + H_2O \nrightarrow$

$Au + H_2O \nrightarrow$

Ответ: Малоактивные и благородные металлы, стоящие в ряду активности после водорода (например, Cu, Ag, Au, Pt), с водой не реагируют.

Объясните, почему горящие металлы нельзя тушить водой.

Горящие металлы, особенно активные, такие как щелочные (натрий, калий), щелочноземельные (магний, кальций), а также алюминий, категорически запрещено тушить водой. Это связано с тем, что при высоких температурах, характерных для горения, эти металлы вступают с водой в бурную химическую реакцию.

Основная опасность заключается в том, что раскаленный металл отбирает у молекул воды ($H_2O$) атом кислорода, в результате чего выделяется газообразный водород ($H_2$). Водород является чрезвычайно горючим и взрывоопасным газом. Этот процесс описывается химическими уравнениями. Например, для горящего магния:
$Mg + H_2O \xrightarrow{t^\circ} MgO + H_2\uparrow$
Для натрия:
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

Выделившийся водород в присутствии высокой температуры и кислорода из воздуха мгновенно воспламеняется, что приводит к усилению пожара и может вызвать мощный взрыв. Сама реакция металла с водой также является экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества тепла, что еще больше раскаляет очаг возгорания.

Таким образом, попытка потушить горящий металл водой не только неэффективна, но и крайне опасна, так как приводит к усилению горения, разбрасыванию раскаленных частиц и риску взрыва. Для тушения таких пожаров следует использовать специальные средства, например, порошковые огнетушители класса D, сухой песок или графит.

Ответ: Горящие металлы нельзя тушить водой, потому что при высокой температуре они вступают с водой в химическую реакцию, в ходе которой выделяется большое количество тепла и горючий газ — водород. Водород мгновенно воспламеняется, что приводит не к тушению, а к усилению пожара и возможному взрыву.