Условие задачи

С растворами каких из перечисленных солей будет реагировать цинк: сульфат калия, нитрат меди (II), хлорид магния, нитрат серебра, хлорид ртути (II)? Запишите уравнения возможных реакций.

Решение

Дисциплина: Неорганическая химия (реакции замещения металлов, окислительно-восстановительные реакции).

Анализ задачи:

Нужно определить, с растворами каких солей (ионы, присутствующие в растворе) цинк сможет вступить в реакцию замещения. При реакциях замещения металл, более высокий в ряду активности (то есть более щедро отдающий электроны), способен вытеснить из соли металл, находящийся ниже него в ряду активности.

Ряд активности металлов (упрощённо):
калий, натрий, кальций, магний, алюминий, цинк, железо, свинец, (водород), медь, серебро, ртуть.

Цинк находится выше меди, серебра и ртути, а ниже – по отношению к магнию. Ионы калия (K⁺) не являются переходными металлами и не вступают в реакции обмена с цинком в силу их высокой электроотрицательности (и потому соль, например, сульфат калия, не пройдёт такую реакцию).

Рассмотрим соли по очереди:

1. Сульфат калия (K₂SO₄).
Ионы: K⁺ и SO₄²⁻. Катион калия находится выше водорода и не вступает в реакцию замещения с растворами цинка.
Вывод: реакции не происходит.

2. Нитрат меди(II) (Cu(NO₃)₂).
Ионы: Cu²⁺. Цинк находится выше меди в ряду активности, поэтому он способен восстановить ионы меди до металлической меди.
Реакция:
Zn(s) + Cu(NO₃)₂(aq) → Zn(NO₃)₂(aq) + Cu(s)

3. Хлорид магния (MgCl₂).
Ионы: Mg²⁺. Магний находится выше цинка в ряду активности, поэтому цинк не может вытеснить магний из раствора.
Вывод: реакции не происходит.

4. Нитрат серебра (AgNO₃).
Ионы: Ag⁺. Цинк выше серебра в активности, значит, происходит реакция замещения.
Реакция:
Zn(s) + 2 AgNO₃(aq) → Zn(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s)

5. Хлорид ртути(II) (HgCl₂).
Ионы: Hg²⁺. Ртуть находится ниже цинка, поэтому цинк способен восстановить Hg²⁺ до металлической ртути.
Реакция:
Zn(s) + HgCl₂(aq) → ZnCl₂(aq) + Hg(l)

Таким образом, цинк реагирует с растворами нитрата меди(II), нитрата серебра и хлорида ртути(II).

Ответ:

С солями, содержащими ионы Cu²⁺, Ag⁺ и Hg²⁺ (то есть нитрат меди(II), нитрат серебра и хлорид ртути(II)), цинк вступает в реакцию замещения. Уравнения реакций:

1) Zn(s) + Cu(NO₃)₂(aq) → Cu(s) + Zn(NO₃)₂(aq)
2) Zn(s) + 2 AgNO₃(aq) → Zn(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s)
3) Zn(s) + HgCl₂(aq) → ZnCl₂(aq) + Hg(l)

Остальные соли (сульфат калия и хлорид магния) с цинком реагировать не будут.