Условие задачи

С раствором нитрата меди (II) взаимодействует1) ртуть 2) цинк 3) серебро 4) золото

Решение

Нам дана задача по неорганической химии, а именно по закономерностям окислительно-восстановительных (замещающих) реакций между металлами и растворами солей другого металла. Требуется определить, с каким из предложенных металлов происходит реакция замещения при взаимодействии с раствором нитрата меди(II) (Cu(NO₃)₂).

Принцип решения основан на представлении активности металлов. Согласно ряду реакционности, металл замещает другой металл из его соли, если он находится выше (то есть является менее благородным) по активности. Обычно упрощённый ряд выглядит так:

Цинк (Zn) → ртуть (Hg) → медь (Cu) → серебро (Ag) → золото (Au)

Для реакции замещения необходимо, чтобы металлический атом отдавал электроны легче, чем медь. Это соответствует условию, что стандартный электродный потенциал металла (при редукции его ионов) меньше, чем у меди.

Рассмотрим предложенные варианты:

1. Ртуть (Hg):
Электродный потенциал для перевода Hg²⁺ + 2 e– → Hg(l) приблизительно равен +0,79 В, что выше потенциала процесса восстановления меди (Cu²⁺ + 2 e– → Cu, +0,34 В). Это означает, что Hg менее охотно окисляется, а значит, элементарная ртуть не сможет восстановить медь из раствора нитрата меди(II).

2. Цинк (Zn):
Электродный потенциал для восстановления Zn²⁺ + 2 e– → Zn составляет примерно –0,76 В, что значительно ниже, чем у меди. Такой металл легко отдает электроны и окисляется, поэтому он способен восстановить медь и замещать её в растворе. Реакция будет протекать по следующему уравнению:

Zn(s) + Cu(NO₃)₂(aq) → Zn(NO₃)₂(aq) + Cu(s)

При этом медь осаждается в виде металлического осадка.

3. Серебро (Ag):
Для серебра уравнение восстановления Ag⁺ + e– → Ag имеет потенциал около +0,80 В, что выше, чем у меди. Таким образом, серебро не может окисляться в присутствии Cu²⁺, и замещения не происходит.

4. Золото (Au):
Электродный потенциал для золота ещё выше (обычно около +1,50 В для Au³⁺ + 3 e– → Au), поэтому золото является ещё более инертным и не вступает в реакцию с Cu(NO₃)₂.

Вывод: Только цинк (Zn) обладает достаточной реакционной способностью для восстановления меди из раствора нитрата меди(II).

Ответ: с раствором нитрата меди(II) взаимодействует цинк.