Одиночная реакция смещения

Реакция одного смещения , также известная как реакции замещения одного или реакция обмена , является химической реакцией , в которой один элемент заменяются другим в соединении. ^[1]^[2]^[3]

В общем виде это можно представить как:

{\ displaystyle {\ ce {A + BC -> AC + B}}}

где

${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ представляют собой разные металлы (или любой элемент, образующий катион, например водород) и ${\ displaystyle {\ ce {C}}}$ это анион ; ^[2] или

${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ являются галогены и ${\ displaystyle {\ ce {C}}}$ это катион . ^[2]

Чаще всего это происходит, если ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ более реактивен, чем ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ , давая более стабильный продукт. Реакция в этом случае эксергоническая и спонтанная.

В первом случае, когда ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ металлы, ${\ displaystyle {\ ce {BC}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {AC}}}$ обычно представляют собой водные соединения (или очень редко в расплавленном состоянии) и ${\ displaystyle {\ ce {C}}}$ является ионом-наблюдателем (т.е. остается без изменений). ^[1]

{\ Displaystyle {\ ce {A (s) + \ underbrace {B + (aq) + C ^ {-} (aq)} _ {BC (aq)} -> \ underbrace {A + (aq) + C ^ {- } (aq)} _ {AC (aq)} + B (s)}}}

Когда медную проволоку погружают в раствор нитрата серебра, медь вытесняет серебро, и твердое серебро выпадает в осадок: Cu + AgNO₃ → Cu (NO₃) ₂ + Ag ↓

">

Воспроизвести медиа

В ряду реакционной способности металлы с наибольшей склонностью отдавать свои электроны для реакции указываются первыми, за ними следуют менее реактивные. Следовательно, металл выше в списке может вытеснить все, что ниже. Вот сокращенная версия того же: ^[1]

{\ displaystyle {\ text {K}}> {\ text {Na}}> {\ text {Ca}}> {\ text {Mg}}> {\ text {Al}}> {\ color {gray} { \ text {C}}}> {\ text {Zn}}> {\ text {Fe}}> {\ color {серый} {{\ text {NH4}} ^ {+}}}> {\ color {серый } {{\ text {H}} ^ {+}}}> {\ text {Cu}}> {\ text {Ag}}> {\ text {Au}}}

(Водород, углерод и аммоний не металлы, а образуют катионы.)

Точно так же галогены с наибольшей склонностью к приобретению электронов являются наиболее реактивными. Ряд активности галогенов: ^[1]^[2]^[3] ${\ displaystyle {\ ce {F2> Cl2> Br2> I2}}}$

Из-за природы свободного состояния ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ , реакции одиночного замещения также являются окислительно-восстановительными реакциями, включая перенос электронов от одного реагента к другому. ^[4] Когда ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ металлы, ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ всегда окисляется и ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ всегда сокращается. Поскольку галогены предпочитают приобретать электроны, ${\ displaystyle {\ ce {A}}}$ снижается (с ${\ displaystyle {\ ce {0}}}$ к ${\ displaystyle {\ ce {-1}}}$ ) а также ${\ displaystyle {\ ce {B}}}$ окисляется (от ${\ displaystyle {\ ce {-1}}}$ к ${\ displaystyle {\ ce { 0}}}$ ).

Замещение катионов

Здесь один катион сменяет другой:

{\ displaystyle {\ ce {A + BC -> AC + B}}}

(Элемент A заменил B в соединении BC, чтобы стать новым соединением AC и свободным элементом B.)

Вот несколько примеров:

{\ Displaystyle {\ ce {Fe + CuSO4 -> Fe (SO4) + Cu (v)}}}

(Купорос) ____ (Купорос зеленый)

{\ Displaystyle {\ ce {Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu (v)}}}

(Купорос) ___ (Купорос белый)

{\ Displaystyle {\ ce {Zn + FeSO4 -> ZnSO4 + Fe (v)}}}

(Зеленый купорос) (Белый купорос)

Эти реакции являются экзотермическими, и повышение температуры обычно определяется реакционной способностью различных металлов. ^[5]

Если реагент в элементарной форме не является более химически активным металлом , то реакции не будет. Некоторые примеры этого были бы обратными.

{\ Displaystyle {\ ce {Fe + ZnSO4 ->}}}

Нет реакции

Внешнее видео
https://www.youtube.com/watch?v=yWcSzvJ6Kcw
https://www.youtube.com/watch?v=gqSXWbS6gzo
https://www.youtube.com/watch?v=gqGrpd5smtI

Замена аниона

Здесь один анион заменяет другой:

{\ displaystyle {\ ce {A + CB -> CA + B}}}

(Элемент A заменил B в соединении CB с образованием нового соединения CA и свободного элемента B.)

Вот несколько примеров: ${\ Displaystyle {\ ce {Cl2 + 2NaBr -> 2NaCl + Br2 (v)}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2 (v)}}}$

Опять же, менее реактивный галоген не может заменить более реактивный галоген:

{\ displaystyle {\ ce {I2 + 2KBr ->}}}

нет реакции

Общие реакции

Металло-кислотная реакция

Металлы реагируют с кислотами с образованием солей и газообразного водорода.

Выделение газообразного водорода при взаимодействии цинка с соляной кислотой.

{\ Displaystyle {\ ce {Zn (s) + 2HCl (водный раствор) -> ZnCl2 (водный раствор) + H2 ^}}}

^[2]^[3]

Однако менее химически активные металлы не могут вытеснить водород из кислот. ^[3] (Хотя они могут реагировать с окисляющими кислотами.)

{\ displaystyle {\ ce {Cu + HCl ->}}}

Никакой реакции

Взаимодействие металла и воды

Металлы реагируют с водой с образованием оксидов металлов и газообразного водорода. Оксиды металлов растворяются в воде с образованием щелочей.

{\ Displaystyle {\ ce {Fe (s) + H2O (г) -> Fe2O3 (s) + H2 ^}}}

{\ Displaystyle {\ ce {Ca (s) + H2O (l) -> CaOH (водн.) + H2 ^}}}

Реакция со щелочными металлами может быть очень бурной, поскольку газообразный водород воспламеняется. ^[2]

Металлы, такие как золото и серебро, которые находятся ниже водорода в ряду реактивности, не реагируют с водой.

Внешнее видео
https://www.youtube.com/watch?v=oqMN3y8k9So
https://www.youtube.com/watch?v=u_1uLP30uxY

Добыча металла

Кокс или более химически активные металлы используются для уменьшения металлов из их оксидов металлов, ^[6] , например, в карботермической реакции из оксида цинка (Цинкит) для получения цинка металла:

{\ Displaystyle {\ ce {ZnO + C -> Zn + CO}}}

и использование алюминия для производства марганца из диоксида марганца :

{\ Displaystyle {\ ce {3MnO2 + 4Al -> 3Mn + 2Al2O3}}}

Даже для реакций, протекающих в направлении, противоположном их собственной реакционной способности, может происходить замещение, как в процессе Ачесона для вытеснения кремния из диоксида кремния с использованием углерода :

{\ displaystyle {\ ce {SiO2 + 2C -> Si + 2CO}}}

Термитная реакция

Использование металлов с высокой реакционной способностью в качестве восстановителей приводит к экзотермическим реакциям с плавлением произведенного металла. Применяется для сварки железнодорожных путей. ^[6]

{\ displaystyle {\ ce {Fe2O3 (s) + 2 Al (s) -> 2 Fe (l) + Al2O3 (s)}}}

а (гематит)

{\ Displaystyle {\ ce {3CuO + 2Al -> 3Cu + Al2O3}}}

Потускнение серебра

Серебро тускнеет из-за присутствия сероводорода , что приводит к образованию сульфида серебра . ^[7]^[2]

{\ Displaystyle {\ ce {2Ag + H2S -> Ag2S + H2}}}

^{[ Ag2S + H2O Ссылка: https://images.app.goo.gl/LFcgL8PuZNjjNHjcA (март 2021 г.) «> сомнительно - обсудить ]}

Его удаление также вызывает реакцию смещения. ^[7]

{\ Displaystyle {\ ce {3Ag2S + 2Al -> 6Ag + Al2S3}}}

Галогенная экстракция

{\ displaystyle {\ ce {HBr + Cl2 -> HCl + Br2 ^}}}

{\ displaystyle {\ ce {HI + Cl2 -> HCl + I2 ^}}}

Смотрите также

Реакция двойного вытеснения
Реакция разложения
Комбинированная реакция
Реакция замещения

Внешние ссылки

Серия Реакционная по RSC

Реакция замещения галогена с помощью RSC

[:1-1] «Реакции одиночного замещения» . Ханская академия .

[:2-2] Б с д е е г «Реакции однократного замещения» . Химия LibreTexts . 2016-06-27.

[:3-3] а б в г «Типы химических реакций: реакции одно- и двухстороннего вытеснения» . course.lumenlearning.com .

[4] Зильберберг. Химия, молекулярная природа материи и изменений, 4-е изд. п. 150 Макгроу Хилл 2006.

[5] «Экзотермические реакции вытеснения металлов» . RSC Education . Фонд Наффилда.CS1 maint: другие ( ссылка )

[:4-6] а б «Реакции вытеснения оксидов металлов» . BBC Bitesize .

[:0-7] а б Сотрудники JCE (2000-03-01). «От серебра к черному - и обратно» . Журнал химического образования . 77 (3): 328A. DOI : 10.1021 / ed077p328A . ISSN 0021-9584 .

[1]