Reaktivitätsreihe der Metalle-Simulation

Über dieses Experiment

Tauchen Sie ein ausgewähltes Metall in verdünnte Säure, Kupfersulfat oder Zinksulfat und überprüfen Sie eine Vorhersage zur Reaktivität. Säure kann Wasserstoff erzeugen, während sich aus einer Salzlösung ein anderes Metall auf dem Streifen abscheiden kann. Die Beobachtung des verbleibenden und abgeschiedenen Feststoffs zeigt, warum ein aktiv reagierender Streifen nicht unbedingt an Gesamtfeststoffmasse verlieren muss.

Lernziele

Vergleichen Sie die Reaktivität von Metallen anhand der Differenzen ihrer Standardreduktionspotenziale.
Unterscheiden Sie zwischen Wasserstoffentwicklung und Verdrängungsabscheidung.
Wenden Sie Stoffmengen- und Massenbilanzen auf den reagierenden Metallstreifen und die Lösung an.

Anleitung

1Tauchen Sie Magnesium, Zink, Eisen und Kupfer getrennt in die Säure und vergleichen Sie die vorhergesagten Beobachtungen.
2Testen Sie Eisen in Kupfersulfat und untersuchen Sie den Kupferbelag sowie die veränderte Masse des Feststoffs.
3Testen Sie Kupfer in Zinksulfat und erklären Sie, warum keine Verdrängung stattfindet.
4Verändern Sie die Metallmasse und die Lösungsmenge, um ein Plateau durch ein limitierendes Reagenz zu finden, und erfassen Sie anschließend das Gas oder den Belag.

Das Modell

E_{ce l l}^{\circ} = E_{a cce pt or}^{\circ} - E_{m e t a l}^{\circ}

Machbarkeit der Referenzverdrängung

m_{so l i d} = m_{0} - n M_{m e t a l} + n M_{d e p os i t}

Masse des verbleibenden Streifens und seines Belags

Annahmen

Metalle bilden in diesem eingeschränkten Modell zweiwertige Ionen. Die Referenz-Reduktionspotenziale in Volt betragen Mg −2,372, Zn −0,763, Fe −0,440 und Cu +0,340; für Wasserstoff gilt null.
Eine Reaktion wird ermöglicht, wenn das Referenz-Zellpotenzial positiv ist. Tatsächliche konzentrationsabhängige Elektrodenpotenziale, Oxidschichten, Passivierung und kinetische Barrieren werden nicht berücksichtigt.
Für das ausgewählte Metall ist eine Reaktionsfortschrittskonstante erster Ordnung vorgegeben. Die Geschwindigkeitsunterschiede dienen der Veranschaulichung und sind keine gemessenen Vorhersagen der Reaktionsgeschwindigkeit. Die Feststoffmasse umfasst sowohl das nicht umgesetzte Ausgangsmetall als auch das abgeschiedene Ersatzmetall.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Warum kann ein Magnesiumstreifen insgesamt an Feststoffmasse zunehmen, obwohl Magnesiumatome ihn verlassen?
Q2Warum entspricht ein Standard-Referenzpotential nicht der tatsächlichen Spannung bei jeder gewählten Konzentration?

Häufig gestellte Fragen

Muss bei jeder günstigen Reaktion Blasenbildung auftreten?

Nein. Bei der Säurereduktion entsteht in diesem Modell Wasserstoff. Bei der Verdrängung von Metallionen bildet sich stattdessen ein fester Belag.

Beweist eine ausbleibende sichtbare Veränderung, dass eine reale Reaktion thermodynamisch unmöglich ist?

Nein. Reale Beobachtungen hängen auch von Oberflächen und der Kinetik ab. Dieses Modell verwendet bewusst eine eingeschränkte Regel auf Basis von Standardpotentialen.