Представь: тебе дают железный гвоздь и голубой раствор медного купороса и спрашивают — пойдёт реакция или нет. Гадать не нужно. Есть инструмент, который отвечает на такие вопросы за пару секунд, — ряд активности металлов.
Это металлы, выстроенные по убыванию химической активности: от лития, который реагирует даже с холодной водой, до золота, которое почти ни с чем не реагирует. Полный ряд из школьной программы выглядит так:
Li → K → Ca → Na → Mg → Al → Zn → Cr → Fe → Ni → Sn → Pb → (H) → Cu → Hg → Ag → Pt → Au
Чем левее металл, тем он активнее: легче отдаёт электроны и превращается в положительный ион. Водород — не металл, но его вписывают в ряд как контрольную отметку. По ней проверяют главное: будет металл вытеснять водород из кислот или нет.
Хорошая новость: зубрить ряд не нужно — на ОГЭ его выдают в справочных материалах. Обязательно другое: уметь его читать. Для этого ряд удобно разбить на три зоны.
| Зона | Металлы | Что умеют |
|---|---|---|
| Активные | Li, K, Ca, Na, Mg, Al | Li, K, Ca, Na реагируют уже с холодной водой; Mg и Al — при нагревании (с паром) |
| Средней активности | Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb | Вытесняют водород из кислот, с водой — только с паром при нагревании |
| Малоактивные | Cu, Hg, Ag, Pt, Au | Стоят после водорода: из соляной и разбавленной серной кислоты водород не вытесняют |
Дальше — три правила, которые закрывают почти все задания ОГЭ по этой теме. Первое — про кислоты. Металл вытесняет водород из раствора кислоты, если стоит левее водорода. Классический пример — цинк и соляная кислота:
Цинк левее водорода: он отдаёт электроны ионам водорода, водород собирается в пузырьки газа, а цинк уходит в раствор в виде соли — хлорида цинка. Пузырьки видно глазами — самый узнаваемый признак этой реакции.
Cu + HCl → реакция не идёт. Медь правее водорода, отобрать у него место в кислоте она не может.
Две оговорки, на которых ловят на экзамене:
С водой всё делится на три случая.
До магния (Li, K, Ca, Na). Реагируют с холодной водой, образуя щёлочь и водород: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Реакция бурная: кусочек натрия бегает по поверхности воды и может вспыхнуть. Такое показывают только на демонстрациях — под вытяжкой и защитным экраном.
От магния до водорода (Mg, Al, Zn, Fe и другие). С холодной водой почти не реагируют. Но с водяным паром при сильном нагревании — да: 3Fe + 4H₂O(пар) → Fe₃O₄ + 4H₂↑.
После водорода (Cu, Hg, Ag, Pt, Au). С водой не реагируют ни при каких условиях. Поэтому медные трубы служат десятилетиями, а золотые украшения не боятся дождя.
Отдельная история — алюминий. Он активный, но его защищает тончайшая оксидная плёнка, которая мгновенно затягивает любые царапины. Поэтому алюминиевая ложка спокойно лежит в чае, хотя в ряду алюминий стоит левее железа.
Третье правило — про соли. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли:
Железо левее меди — реакция идёт. Выглядит она эффектно: железный гвоздь в голубом растворе медного купороса покрывается рыжим слоем меди, а раствор постепенно зеленеет — в него переходят ионы железа.
Обратно не работает: Cu + FeSO₄ → реакции нет, медь правее железа.
Подводный камень: щелочные металлы для вытеснения не годятся. Брось натрий в раствор сульфата меди — он прореагирует не с солью, а с водой. Сначала образуется щёлочь, и уже она осадит голубой гидроксид меди. Вытеснить медь в виде металла натрий не успеет. На ОГЭ это любимая ловушка.
Типовая формулировка: «С какими из перечисленных веществ реагирует железо: раствор сульфата меди(II), раствор хлорида цинка, соляная кислота?»
Ход рассуждения по трём правилам:
Ответ: реагирует с сульфатом меди и соляной кислотой. Весь инструмент решения — один взгляд на ряд.