Электрохимический ряд: место в программе ЕГЭ
Электрохимический ряд называют одним из ключей к заданиям по неорганике. Именно он помогает быстро решать задачи на окислительно-восстановительные реакции, электролиз и коррозию. Школьник, уверенно читающий таблицу стандартных электродных потенциалов, выигрывает время и баллы. Ряд упорядочивает вещества по возрастанию их восстановительной способности. Чем левее элемент, тем легче он отдаёт электроны. Справа расположены сильные окислители, например F2 и Cl2. Такое размещение сразу подсказывает направление электронного потока. Для ЕГЭ важен не каждый численный потенциал, а общие взаимные позиции. Зная их, можно предсказывать, протечёт ли реакция между цинком и медным купоросом или, наоборот, между медью и раствором солей цинка.
От потенциалов к реакциям: как читать таблицу
Столбец «E°» показывает напряжение идеального полуэлемента относительно водородного электрода. Знак «+» означает, что восстановление идёт самопроизвольно. Отрицательное значение говорит о склонности к окислению. Чтобы вывести вывод, сверяем два полуреакции: та, что имеет более высокий потенциал, станет катодной. Другая — анодной. Разность чисел даёт ЭДС возможного гальванического элемента. На экзамене редко требуют расчёт напряжения с точностью до сотых. Чаще спрашивают: пойдёт ли процесс. Достаточно проверить, больше ли потенциал окислителя, чем у предполагаемого восстановителя. Если да, реакция возможна. В этом и заключается практическое чтение таблицы без лишней математики.
Логика запоминания: правила, не факты
Заучивать десятки значений неудобно. Проще опереться на тренды. Щёлочные металлы всегда слева. Они самые активные восстановители. Потом стоят щёлочноземельные. Дальше — алюминий, цинк, железо, никель. Ближе к центру таблицы восстановительная сила падает. Медные и серебряные ионы уже почти не вытесняют водород из кислоты. В самом конце ряд закрывают Pt2+/Pt и F2/F–. Их потенциалы большие и положительные. Создайте мнемонику: «K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt». Она пригодится, когда под рукой нет справочника. Дополните список характерными неметаллами: Cl2, Br2, I2. Тогда структура запомнится естественно, а не через насильное зубрежку.
Практика: определяем протекание ОВР
Рассмотрим задачу. Дан цинк и раствор CuSO4. Смотрим ряд, видим: Zn левее Cu. Следовательно, цинк окислится, медь восстановится. Ионы Cu2+ превратятся в металлическую медь, которая осядет на цинковой пластине. Если же поменять реагенты местами, реакция остановится. Аналогично анализируем пары неметаллов. Пример: хлор и бромид калия. Потенциал Cl2/Cl– выше, чем Br2/Br–. Поэтому хлор вытеснит бром. Школьнику достаточно одного алгоритма:
- Записать полуреакции восстановления.
- Сравнить стандартные потенциалы.
- Выбрать катод и анод.
- Сложить уравнения, проверив баланс электронов.
Техника одинакова для металлов, неметаллов и комплексных ионов. Чем чаще её применять, тем меньше времени уйдёт на реальные экзаменационные номера.
Металлы и неметаллы в ряду: типичные ловушки
Ученики путают положение водорода. Он служит нулевой точкой шкалы, но участвует в реакциях. Если металл стоит правее H+, он не вытеснит водород из кислоты. Второй опасный момент: отдельные степени окисления элемента имеют разные потенциалы. Железо(III) — сильнее окислитель, чем железо(II). Поэтому Fe3+ может окислить I– до I2, тогда как Fe2+ — нет. Ещё одна ловушка касается комплексных ионов. Потенциал [Ag(CN)2]–/Ag ниже, чем для свободного Ag+, так что серебро в цианидной среде растворяется. Эти детали не надо держать в голове постоянно. Достаточно помнить, что контекст среды способен изменить порядок участков ряда.
Задания 30–32: где пригодится ряд
В блоке «Химия ионного обмена» проверяют вытеснение металлов, классификацию окислителей и восстановителей. Задание 30 просит выбрать две соли, между которыми пройдёт реакция замещения. Ученик сравнивает позиции катионов и сразу видит ответ. Задание 31 относится к электролизу. Там надо определить продукт на катоде. Если на выбор дают Cu2+ и H+, то восстанавливается медь. Её потенциал выше, значит электрон примет она. Наконец, задание 32 оценивает понимание коррозии. Чтобы узнать, какой металл пострадает быстрее, снова обращаемся к таблице. Чем левее, тем менее благороден металл и тем активнее процесс разрушения.
Синтез, коррозия и элементы питания
Электрохимический ряд помогает не только решать котировки баллов. С его помощью химики проектируют источники тока. Берут пару веществ с большой разницей потенциалов — получается высокая ЭДС. Пример: литий и фтор. В быту чаще применяют цинк-марганцевые или свинцово-кислотные элементы. Их принцип выбирается теми же правилами. В вопросах коррозии ряд тоже незаменим. Сталь анодна по отношению к медной арматуре, поэтому при контакте ржавеет быстрее. Инженеры ставят защитные цинковые покрытия, создавая гальваническую пару, в которой цинк жертвует собой. В лаборатории ряд подсказывает, какое восстановительное средство подобрать для получения металла из руды. Например, алюминий вытесняет хром из оксида благодаря своему положению левее.
Финальная тренировка: краткий алгоритм
Перед экзаменом повторите шесть действий:
- Набросайте упрощённый список элементов без чисел.
- Разделите линию на «активные» и «благородные» зоны.
- Потренируйтесь сравнивать пары за 10 секунд.
- Решите пять задач на протекание ОВР.
- Ответьте на вопросы о катоде и аноде при электролизе воды, меди и раствора NaCl.
- Разберитесь, почему протекание реакции связано со знаком ΔE°.
Следуя алгоритму, вы сократите время на задания, а правильный выбор станет интуитивным. Ряд — не набор чисел, а схема, показывающая, кто отдаст, а кто примет электрон. С таким взглядом даже самый напряжённый экзамен превращается в решаемую головоломку.