Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Σειρά δραστικότητας μετάλλων

Παρουσίαση με θέμα: "Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Σειρά δραστικότητας μετάλλων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Σειρά δραστικότητας μετάλλων
Χημεία Γ’ Γυμνασίου Πέτρος Καραπέτρος Γυμνάσιο Μεσοβουνίων Σχολικό έτος:

2 Σειρά δραστικότητας

3 HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) Επομένως, στο διάλυμα υπάρχουν Η+ και Cl-
Σε 4 δοκιμαστικούς σωλήνες εισάγεται διάλυμα υδροχλωρίου. Ποια ιόντα περιέχει το διάλυμα του υδροχλωρίου; Το HCl είναι οξύ και όταν διαλύεται στο νερό παρέχει κατιόντα Η+, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) Επομένως, στο διάλυμα υπάρχουν Η+ και Cl-

4 Mg(s) +2H+(aq)Mg2+ (aq) + H2(g)
Στο 1ο δοκιμαστικό σωλήνα εισάγονται ρινίσματα μαγνησίου και ένα θερμόμετρο.Τι παρατηρείτε; Παρατηρούμε ένα ζωηρό αναβρασμό και παραγωγή ενός αερίου. Μετά από λίγη ώρα τα ρινίσματα του μαγνησίου δεν υπάρχουν πια. Η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται. Πως «εξαφανίστηκαν» τα ρινίσματα του μαγνησίου (Μg); Tα Η+ του διαλύματος αντιδρούν με το Mg και αντικαθίστανται από τα ιόντα Mg2+ που παράγονται.  Ποια χημική εξίσωση περιγράφει την αντίδραση; Mg(s) +2H+(aq)Mg2+ (aq) + H2(g)

5 2Al(s) +6H+(aq)2Al3+ (aq) + 3H2(g)
Στο 2ο δοκιμαστικό σωλήνα εισάγονται ρινίσματα αργιλίου, ένα θερμόμετρο και στο στόμιο προσαρμόζεται ένα μπαλόνι.Τι παρατηρείτε; Παρατηρούμε έναν αναβρασμό και παραγωγή ενός αερίου. Μετά από λίγη ώρα τα ρινίσματα του αργιλίου δεν υπάρχουν πια. Η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται και το μπαλόνι φουσκώνει, επειδή γεμίζει με το αέριο που παράγεται. Πως «εξαφανίστηκαν» τα ρινίσματα του αργιλίου (Al); Tα Η+ του διαλύματος αντιδρούν με το Al και αντικαθίστανται από τα ιόντα Al3+ που παράγονται. Ποια χημική εξίσωση περιγράφει την αντίδραση; 2Al(s) +6H+(aq)2Al3+ (aq) + 3H2(g)

6 Fe(s) +2H+(aq)Fe2+ (aq) + H2(g)
Στο 3ο δοκιμαστικό σωλήνα εισάγονται ρινίσματα σιδήρου και ένα θερμόμετρο.Τι παρατηρείτε; Παρατηρούμε ένα λιγότερο ζωηρό αναβρασμό και παραγωγή ενός αερίου. Μετά από λίγη ώρα τα ρινίσματα του σιδήρου δεν υπάρχουν πια. Η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται. Πως «εξαφανίστηκαν» τα ρινίσματα του σιδήρου(Fe); Tα Η+ του διαλύματος αντιδρούν με το Fe και αντικαθίστανται από τα ιόντα Fe2+ που παράγονται. Ποια χημική εξίσωση περιγράφει την αντίδραση; Fe(s) +2H+(aq)Fe2+ (aq) + H2(g)

7 Cu(s) +H+(aq)----------
Στο 4ο δοκιμαστικό σωλήνα εισάγονται ρινίσματα χαλκού και ένα θερμόμετρο.Τι παρατηρείτε; Δεν παρατηρείται καμία δραστηριότητα, τα ρινίσματα χαλκού παραμένουν στο δοκιμαστικό σωλήνα και η θερμοκρασία του διαλύματος μένει σταθερή. Γιατί ο χαλκός δεν αντιδρά με τα Η+; Tα Η+ του διαλύματος δεν αντιδρούν με το Cu γιατί ο χαλκός είναι λιγότερο δραστικός από το υδρογόνο (Η2). Cu(s) +H+(aq) Τι θα συνέβαινε στα προηγούμενα πειράματα, αν αντί του διαλύματος HCl είχαμε χρησιμοποιήσει αραιό διάλυμα H2SO4; Το υδατικό διάλυμα του H2SO4 περιέχει Η+ Επομένως θα πραγματοποιηθούν ακριβώς οι ίδιες αντιδράσεις των μετάλλων με τα Η+ του διαλύματος

8 Σε ποια από τις αντιδράσεις ήταν πιο έντονη η παραγωγή υδρογόνου και σε ποια λιγότερο έντονη;
Τι παρατηρήσατε στο δοκιμαστικό σωλήνα που περιείχε χαλκό; Πως θα κατατάσσατε τα 5 στοιχεία ως προς τη δραστικότητά τους; Μg-Al-Fe-H2-Cu

9 + + Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης
Ονομάζονται οι αντιδράσεις στις οποίες ένα μέταλλο (Μ) αντικαθιστά κατιόντα υδρογόνου (Η+) σε ορισμένα διαλύματα οξέων ή ιόντα ενός λιγότερο δραστικού μετάλλου από αυτό σε διαλύματά του. + + Μ ΗΧ  ΜΧ Η2 Μ Μ’Χ  ΜΧ Μ’

10 Το πιο δραστικό μέταλλο αντικαθιστά το λιγότερο δραστικό
Πώς? Το πιο δραστικό μέταλλο αντικαθιστά το λιγότερο δραστικό

11 Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης
Μία αντίδραση απλής αντικατάστασης είναι της μορφής Μ + Μ’Χ  ΜΧ + Μ΄ Για να συμβεί η αντικατάστασης, θα πρέπει το Μ να είναι δραστικότερο του Μ’ σε διαλύματά του ή του Η2 σε διαλύματα οξέων Στην αντίδραση: Mg (s) + 2HCl (g)  MgCl2 (aq)+ H2(g) Από τη στιγμή που η αντίδραση πραγματοποιείται, συμπεραίνουμε ότι το μαγνήσιο είναι δραστικότερο του Η2.

12 Αντικατάσταση μετάλλου από μέταλλο
Cu(s) + 2AgNO3 (aq)  Cu(NO3)2 (aq) + 2Ag(s) Χαλκός+νιτρικός άργυρος νιτρικός χαλκός + άργυρος Ο χαλκός είναι δραστικότερος του αργύρου στη σειρά δραστικότητας. Ο χαλκός μπορεί να αντικαταστήσει τον άργυρο στις ενώσεις του

13 Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, H2, Cu, Ag, Pt, Au
Πότε μπορεί να πραγματοποιηθεί μία αντίδραση απλής αντικατάστασης; Ένα μέταλλο μπορεί να αντικαταστήσει με μία αντίδραση απλής αντικατάστασης σε ένα διάλυμα: Τα ιόντα των μετάλλων που είναι λιγότερο δραστικά από αυτό Τα κατιόντα Η+ σε ορισμένα διαλύματα οξέων, εφόσον το μέταλλο είναι πιο δραστικό από το Η2. Πως μπορούμε να ξέρουμε αν ένα μέταλλο είναι πιο δραστικό από ένα άλλο ή πιο δραστικό από το Η2; Όπως με βάση τα πειράματα που κάναμε διατάξαμε τα 4 μέταλλα και το Η2 από το περισσότερο προς το λιγότερο δραστικό, έτσι έχουν διαταχτεί όλα τα στοιχεία σε μία σειρά η οποία ονομάζεται ηλεκτροχημική σειρά των στοιχείων. Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, H2, Cu, Ag, Pt, Au Βλέποντας τη σειρά δραστικότητας μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι τα ιόντα Cu2+ μπορούν να αντικαταστήσουν τα ιόντα Ag+ σε ένα διάλυμα, αλλά όχι τα Η+.

14 ΠΕΙΡΑΜΑ

15 Χάλκινα σύρματα Χαλκός: έχει κεραμιδί χρώμα, είναι στερεός, είναι μέταλλο, αποτελείται από άτομα, έχει τάση να οξειδώνεται. Όταν οξειδώνεται τα άτομά του χάνουν ηλεκτρόνια και μετατρέπονται σε κατιόντα (Cu  Cu+2 + 2e).

16 Μεταλλικά καρφιά Σίδηρος: έχει σταχτί χρώμα, είναι στερεός, είναι μέταλλο, αποτελείται άτομα, έχει τάση να οξειδώνεται. Όταν οξειδώνεται, τα άτομά του χάνουν ηλεκτρόνια και μετατρέπονται σε κατιόντα (Fe  Fe+2+ 2e).

17 Στερεός ένυδρος θειϊκός χαλκός
Θειϊκός χαλκός (ένυδρος): έχει μπλε χρώμα, είναι άλας, έχει κρυσταλλική μορφή, αποτελείται από ιόντα χαλκού (Cu+2) και ιόντα θειικά (SO4-2) και έχει εγκλωβισμένα στο κρυσταλλικό του πλέγμα μόρια νερού, διαλύεται εύκολα στο νερό με σύγχρονη καταστροφή του κρυστάλλου και απελευθέρωση των ιόντων.

18 Στερεός ένυδρος θειϊκός σίδηρος
Θειϊκός σίδηρος (ένυδρος): έχει πρασινωπό χρώμα, είναι άλας, έχει κρυσταλλική μορφή, αποτελείται από ιόντα σιδήρου (Fe+2) και ιόντα θειικά (SO4-2) και έχει εγκλωβισμένα στο κρυσταλλικό του πλέγμα μόρια νερού, διαλύεται εύκολα στο νερό με σύγχρονη καταστροφή του κρυστάλλου και απελευθέρωση των ιόντων.

19 Παρασκευή διαλύματος ένυδρου θειϊκού χαλκού

20 Παρασκευή διαλύματος ένυδρου θειϊκού σιδήρου

21 Εμβάπτιση σιδερένιου καρφιού στο διάλυμα του ένυδρου θειϊκού χαλκού(t=0)

22 Εμβάπτιση χάλκινου σύρματος στο διάλυμα του ένυδρου θειϊκού χαλκού(t=0)

23 30 min μετά την εμβάπτιση

24 30 min μετά την εμβάπτιση (επιχάλκωση σιδερένιου καρφιού)

25 1 ημέρα μετά την εμβάπτιση

26 Απόθεση μεταλλικού Cu στην επιφάνεια του μεταλλικού καρφιού (μετά από 1 ημέρα)

27 Μεταλλικός χαλκός που αποτέθηκε από την επιφάνεια του καρφιού

28 Η πράσινη απόχρωση του διαλύματος μαρτυρά την παρουσία ιόντων Fe2+
2 ημέρες μετά την εμβάπτιση του σιδερένιου καρφιού στο δ/μα θειϊκού χαλκού Η πράσινη απόχρωση του διαλύματος μαρτυρά την παρουσία ιόντων Fe2+

29 Πράσινη απόχρωση-Όλο και αυξανόμενη ποσότητα αποτιθέμενου χαλκού στην επιφάνεια του καρφιού

30 2 ημέρες μετά την εμβάπτιση του χάλκινου σύρματος στο δ/μα θειϊκού σιδήρου
ΚΑΜΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ!!!

31 Ερμηνεία φαινομένου με βάση την ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟ
ΠΕΙΡΑΜΑ Καρφί: άτομα Fe Διάλυμα: Cu2+,SO42-,H2O Επιφάνεια καρφιού: καστανέρυθρο χρώμα  άτομα Cu Διάλυμα: ελαφρά πράσινη απόχρωση Fe2+, Cu2+, SO42-,H2O Διάλυμα: έντονη πράσινη απόχρωση ↑Fe2+,↓Cu2+, SO42-,H2O

32 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ
Στο καρφί αποτέθηκε μεταλλικός χαλκός(καστανοκόκκινο χρώμα). Άρα, κατιόντα Cu2+ θα πρέπει να προσέλαβαν 2e για να μετατραπούν σε Cu. Το διάλυμα πρασινίζει οπότε θα πρέπει άτομα Fe(σταχτί) να αποβάλλουν 2e και να προκύψουν Fe2+, στα οποία οφείλεται το πράσινο χρώμα. ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ Έγινε αντίδραση στο διάλυμα του θειικού χαλκού γιατί ο σίδηρος έδωσε ηλεκτρόνια στα κατιόντα του χαλκού. ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ

33 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ
Στο διάλυμα του θειϊκού σιδήρου μέσα στο οποίο εμβαπτίστηκε χάλκινο σύρμα δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ Δεν έγινε αντίδραση στο διάλυμα του θειικού σιδήρου γιατί ο χαλκός δεν μπόρεσε να δώσει ηλεκτρόνια στα κατιόντα του σιδήρου. ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΥΠΟΘΕΣΗΣ