Номер 8, страница 95 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Как можно доказать, что ионы $Ag^+$ являются более сильными окислителями, чем ионы $Na^+$?

Решение

Сила окислителя характеризуется его способностью принимать электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. Чем выше эта способность, тем более сильным окислителем является частица. Доказать, что ионы серебра $Ag^+$ являются более сильными окислителями, чем ионы натрия $Na^+$, можно несколькими способами.

1. Сравнение стандартных электродных потенциалов

Наиболее точным и научным способом сравнения силы окислителей является сравнение их стандартных электродных потенциалов ($E^0$). Этот потенциал показывает склонность вещества к восстановлению (принятию электронов). Чем больше (положительнее) значение $E^0$, тем выше окислительная способность иона металла.

Рассмотрим полуреакции восстановления для ионов серебра и натрия и их потенциалы:

$Ag^+ + e^- \rightleftharpoons Ag(s)$; $E^0(Ag^+/Ag) = +0.80 \, В$

$Na^+ + e^- \rightleftharpoons Na(s)$; $E^0(Na^+/Na) = -2.71 \, В$

Поскольку стандартный электродный потенциал для пары $Ag^+/Ag$ ($+0.80 \, В$) значительно больше, чем для пары $Na^+/Na$ ($-2.71 \, В$), это означает, что ионы $Ag^+$ имеют гораздо большую тенденцию принимать электроны, чем ионы $Na^+$. Следовательно, ионы $Ag^+$ являются более сильными окислителями.

2. Положение металлов в электрохимическом ряду активности

Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений) является прямым следствием их стандартных электродных потенциалов. В этом ряду металлы расположены в порядке возрастания их $E^0$.

Натрий ($Na$) — очень активный щелочной металл, расположенный в самом начале ряда активности. Серебро ($Ag$) — малоактивный, благородный металл, стоящий в ряду значительно правее, после водорода.

Ряд активности (фрагмент): $... K, Ca, \textbf{Na}, Mg, Al, ..., H_2, ..., Cu, \textbf{Ag}, Au$

Общее правило гласит: чем правее расположен металл в ряду активности, тем более сильным окислителем являются его катионы. Так как серебро стоит значительно правее натрия, ионы $Ag^+$ являются более сильными окислителями, чем ионы $Na^+$.

3. Химический эксперимент (реакции замещения)

Разницу в окислительной силе можно наглядно продемонстрировать с помощью реакций замещения. Более активный металл (более сильный восстановитель) способен вытеснять менее активный металл (ионы которого — более сильный окислитель) из раствора его соли.

• Если в раствор соли серебра, например, нитрата серебра ($AgNO_3$), поместить кусочек металлического натрия ($Na$), то будет протекать бурная реакция. Натрий, как более сильный восстановитель, будет отдавать электроны ионам серебра, которые являются более сильным окислителем. В результате натрий перейдет в раствор в виде ионов $Na^+$, а серебро восстановится до металла и выпадет в осадок:

  $Na(s) + Ag^+(aq) \rightarrow Na^+(aq) + Ag(s)$

  Эта реакция доказывает, что $Ag^+$ принимает электроны от $Na$, то есть является более сильным окислителем.

• Если же провести обратный опыт и опустить серебряную пластинку ($Ag$) в раствор соли натрия, например, хлорида натрия ($NaCl$), то никакой реакции не произойдет:

  $Ag(s) + Na^+(aq) \rightarrow \text{реакция не идет}$

  Это происходит потому, что серебро ($Ag$) — слишком слабый восстановитель, чтобы отдать электрон иону $Na^+$, который является очень слабым окислителем. Этот факт также подтверждает, что окислительная способность $Ag^+$ выше, чем у $Na^+$.

Ответ:

Доказать, что ионы $Ag^+$ являются более сильными окислителями, чем ионы $Na^+$, можно на основании теоретических данных и экспериментальных наблюдений.

1. Теоретическое доказательство: стандартный электродный потенциал пары $Ag^+/Ag$ ($E^0 = +0.80 \, В$) значительно выше, чем у пары $Na^+/Na$ ($E^0 = -2.71 \, В$). Чем выше значение $E^0$, тем сильнее окислительные свойства иона. Также, в электрохимическом ряду активности серебро ($Ag$) стоит значительно правее натрия ($Na$), что указывает на большую окислительную силу ионов $Ag^+$.

2. Экспериментальное доказательство: более активный металл натрий вытесняет менее активное серебро из раствора его соли ($Na + Ag^+ \rightarrow Na^+ + Ag$), в то время как обратный процесс невозможен. Это показывает, что ионы $Ag^+$ имеют большую склонность к принятию электронов (восстановлению), чем ионы $Na^+$, и, следовательно, являются более сильными окислителями.