1. Главная
  2. Справочник
  3. Ряд активности металлов

Электрохимический ряд активности металлов

Ряд активности металлов (электрохимический ряд напряжений) — металлы, выстроенные по убыванию восстановительной способности: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H₂), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Чем левее металл, тем легче он отдаёт электроны и тем активнее реагирует. По ряду предсказывают три вещи: вытеснит ли металл водород из кислоты, вытеснит ли он другой металл из раствора соли и будет ли реагировать с водой.

Ряд активности металлов: таблица

Ряд вырос из «вытеснительного ряда» русского химика Н. Н. Бекетова, который в XIX веке изучал, какие металлы вытесняют другие из растворов солей. Сегодня металлы расставляют по электродным потенциалам — отсюда слово «электрохимический».

Водород в скобках — точка отсчёта: он не металл, но, как и металлы, образует катион H⁺. Металлы правее водорода — малоактивные; серебро, платину и золото называют благородными. Ионы ведут себя наоборот: чем правее металл, тем сильнее его ион притягивает электроны, поэтому Ag⁺ и Cu²⁺ легко восстанавливаются до металла.

Ряд составлен для водных растворов, поэтому литий стоит первым, хотя с водой реагирует спокойнее натрия и калия: «активность» здесь — склонность отдавать электроны, а не скорость реакции.

  • Li…Na — реагируют с водой при обычных условиях, образуя щёлочь и водород
  • Mg…Pb — вытесняют водород из растворов кислот (кроме HNO₃ и конц. H₂SO₄); Mg — с горячей водой
  • после H — водород из кислот не вытесняют

Каждый металл вытесняет стоящие правее него металлы из растворов их солей (кроме Li…Na: они реагируют с водой раствора).

Как пользоваться рядом активности металлов

МеталлыС водойС кислотами (HCl, разб. H₂SO₄)С растворами солей
Li, K, Ba, Ca, Naпри обычных условиях: щёлочь и H₂вытесняют H₂, очень бурнореагируют с водой раствора, металл не вытесняют
Mg, AlMg — с горячей водой, Al — без оксидной плёнки: гидроксид и H₂вытесняют H₂вытесняют металлы, стоящие правее
Mn … PbZn, Fe — с раскалённым паром: оксид и H₂вытесняют H₂ (Pb — почти нет)вытесняют металлы, стоящие правее
Cu, Hg, Ag, Pt, Auне реагируютH₂ не вытесняютмедь вытесняет ртуть и серебро

Из таблицы следуют три правила:

  1. Металл и кислота. Металлы левее водорода вытесняют его из растворов кислот, правее — нет. Исключения — азотная кислота любой концентрации и концентрированная серная: водород они не выделяют, а окисляют металлы за счёт азота и серы.
  2. Металл и соль. Металл, стоящий в ряду левее, вытесняет металл правее из раствора его соли. Соль должна быть растворимой, а металл — не из самых активных (Li…Na): те реагируют с водой раньше, чем с солью.
  3. Металл и вода. Самые активные металлы реагируют с водой при комнатной температуре, металлы средней активности — только с паром при нагревании, металлы правее водорода — не реагируют.

Реакции металлов с кислотами

Металл отдаёт электроны ионам водорода, выделяется газ:

Медь стоит правее водорода, поэтому Cu + HCl ↛. Но с азотной и концентрированной серной кислотой медь реагирует, и водород при этом не выделяется: Cu + 4HNO₃ (конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O, Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O. Свинец формально левее водорода, но с соляной и серной кислотами почти не реагирует: его покрывает плёнка малорастворимых PbCl₂ или PbSO₄. Железо, алюминий и хром на холоду пассивируются концентрированными HNO₃ и H₂SO₄ — поэтому концентрированную серную кислоту перевозят в стальных цистернах.

Получите водород сами: в опыте «Получение водорода» металл растворяют в кислоте, газ собирают над водой и проверяют хлопком у горящей лучины. Теория — в уроке «Реакции с кислотами» и на странице химические свойства кислот.

Вытеснение металлов из растворов солей

Железный гвоздь в растворе медного купороса покрывается красной медью, а голубой раствор светлеет и зеленеет — в нём появляются ионы Fe²⁺:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu, сокращённо Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Железо левее меди — значит, отдаёт электроны её ионам. Так же цинк вытесняет медь (Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu), медь — серебро (Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag), а цинк в растворе нитрата свинца обрастает кристаллами свинца — «сатурновым деревом» (Zn + Pb(NO₃)₂ → Zn(NO₃)₂ + Pb). Обратные реакции не идут: Cu + ZnSO₄ ↛, Ag + CuSO₄ ↛.

Почему натрий не вытесняет медь. В растворе соли меди натрий сначала реагирует с водой, а образовавшаяся щёлочь осаждает гидроксид меди. Вместо красной меди — голубой осадок и пузырьки водорода:

2Na + 2H₂O + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ + H₂↑ суммарно

Ещё одна ловушка — реакция 2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂: медь растворяется в растворе хлорида железа(III), хотя стоит правее железа. Противоречия нет: ион Fe³⁺ восстанавливается не до металла, а до Fe²⁺. Этой реакцией травят медь при изготовлении печатных плат.

Опыт — железо в медном купоросе, теория — урок «Реакции с солями».

Реакции металлов с солями

Реакции металлов с водой

Натрий в воде с фенолфталеином — один из самых наглядных опытов: металл бегает по поверхности, плавится в шарик, а раствор становится малиновым от щёлочи. В школе его показывает только учитель, а в лаборатории его можно провести самому: опыт «Натрий и вода». Теория — в уроке «Реакции с водой», о самих металлах — в уроке «Щелочные металлы».

Ряд активности, получение металлов и коррозия

  • Получение. Металлы от лития до алюминия получают электролизом расплавов (2NaCl → 2Na + Cl₂↑, 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑), металлы средней активности — восстановлением оксидов углём, угарным газом, водородом или алюминием (Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂, ZnO + C → Zn + CO↑, Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe). Золото, платина, серебро и медь встречаются в природе самородными.
  • Электролиз растворов. На катоде металлы правее водорода выделяются, от лития до алюминия — нет (вместо них выделяется водород), а металлы между алюминием и водородом выделяются вместе с водородом. Подробнее — на странице электролиз.
  • Коррозия. Из двух металлов в контакте разрушается более активный. Оцинкованное железо защищено даже при царапине — корродирует цинк. У лужёной жести (железа под слоем олова) при повреждении покрытия быстрее ржавеет железо.
  • Кислород. Натрий и калий окисляются на воздухе за секунды, поэтому их хранят под слоем керосина; золото и платина на воздухе не окисляются.

Все реакции металлов с примерами собраны на странице химические свойства металлов.

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Получение водорода

Металл в кислоте, сбор газа над водой в пробирку и проба горящей лучиной — хлопок.

Открыть в лаборатории

Железо и медный купорос

Железо в растворе медного купороса покрывается красной медью.

Открыть в лаборатории

Натрий и вода

Натрий в воде с фенолфталеином: плавает, шипит, раствор малиновый.

Открыть в лаборатории

Читайте также

Частые вопросы

Как пользоваться рядом активности металлов?

Сравните положение двух металлов или металла и водорода. Металл левее водорода вытесняет его из кислот (кроме HNO₃ и концентрированной H₂SO₄), металл левее вытесняет металл правее из раствора соли, самые активные металлы — от Li до Na — реагируют с водой.

Почему медь не реагирует с соляной кислотой?

Медь стоит в ряду активности правее водорода: ионы H⁺ не могут отнять у неё электроны. Поэтому медь не вытесняет водород из HCl и разбавленной H₂SO₄, но растворяется в азотной кислоте.

Почему натрий не вытесняет медь из раствора соли?

Натрий сначала реагирует с водой, в которой растворена соль. Получается щёлочь, и она осаждает голубой Cu(OH)₂. Чтобы вытеснить медь, берут металл средней активности — железо или цинк.

Какой металл самый активный в ряду активности?

В электрохимическом ряду первым стоит литий — у него самый отрицательный электродный потенциал. По бурности реакции с водой литий уступает натрию и калию.

Ряд активности и ряд напряжений — это одно и то же?

Да. Электрохимический ряд напряжений металлов, ряд активности и вытеснительный ряд Бекетова — названия одного ряда. На ОГЭ и ЕГЭ по химии он есть в справочных материалах.