この実験について
選んだ金属を希酸、硫酸銅溶液、または硫酸亜鉛溶液に浸し、反応性についての予測を確かめます。酸では水素が発生することがあり、塩溶液では別の金属が金属片に析出することがあります。残った固体と析出した固体を追跡すると、金属片が活発に反応していても固体全体の質量が減るとは限らない理由がわかります。
学習目標
- 標準還元電位の差を使って金属の反応性を比較します。
- 水素の発生と置換析出を区別します。
- 反応する金属片と溶液について、物質量と質量の収支を適用します。
使い方
- 1マグネシウム、亜鉛、鉄、銅をそれぞれ酸に入れ、予測される観察結果を比較します。
- 2鉄を硫酸銅に入れ、析出した銅と固体の質量変化を調べます。
- 3銅を硫酸亜鉛に入れ、置換反応が起こらない理由を説明します。
- 4金属の質量と溶液の量を変えて、限界試薬による反応の頭打ちを見つけ、その後、発生した気体または析出物を記録します。
モデル
前提条件
- この限定モデルでは、金属は2価のイオンを形成します。基準還元電位（ボルト）は、Mgが-2.372、Znが-0.763、Feが-0.440、Cuが+0.340で、水素はゼロです。
- 基準電池電位が正の場合、反応が起こる設定になっています。濃度に依存する実際の電極電位、酸化物皮膜、不動態化、速度論的障壁は考慮されていません。
- 選択した金属には、所定の一次反応進行速度定数が設定されています。速度の違いは説明用であり、実測に基づく速度予測ではありません。固体の質量には、未反応の出発金属と析出した置換金属の両方が含まれます。
授業で試してみましょう
- Q1マグネシウム原子が strip から離れているのに、なぜマグネシウム片の全体の固体質量は増えることがあるのですか？
- Q2標準参照電位が、選択した濃度ごとの実際の電圧ではないのはなぜですか？
よくある質問
反応が起こりやすい場合、必ず気泡が発生しますか？
いいえ。このモデルでは、酸の還元によって水素が発生します。金属イオンの置換では、代わりに固体の析出物ができます。
目に見える変化がないことは、実際の反応が熱力学的に不可能である証拠ですか？
いいえ。実際の観察結果は、表面の状態や反応速度にも左右されます。このモデルでは、標準電位に基づく規則を意図的に限定して用いています。