Задания № 7, 25 · ЕГЭ

ОВР с участием металлов

Как металлы отдают электроны, а ионы металлов принимают их в реакциях замещения

6 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

В реакциях замещения металл обычно окисляется: его атомы отдают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Ионы другого металла, наоборот, восстанавливаются, принимая эти электроны и выделяясь в виде простого вещества. Поэтому реакция металла с раствором соли — это одновременно окислительно-восстановительная реакция и реакция замещения.

Сущность реакции замещения

Общий вид реакции металла \(M\) с солью другого металла \(N\): металл \(M\) вытесняет металл \(N\) из раствора его соли, если \(M\) активнее \(N\). Например, железо вытесняет медь из раствора сульфата меди(II): атомы железа переходят в раствор в виде ионов, а ионы меди осаждаются на поверхности железа.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + CuЖелезо вытесняет медь из раствора сульфата меди(II).

Окисление и восстановление

Окисление — отдача частиц, обычно электронов; степень окисления элемента повышается. Восстановление — принятие электронов; степень окисления понижается. Окисление и восстановление всегда происходят одновременно.

В ионном виде реакция состоит из двух полуреакций. Железо отдаёт два электрона, а ион меди(II) принимает их:

\[\mathrm{Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}}\]1

\[\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0}\]2

Правило электронов

Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем. В реакции замещения металл-восстановитель отдаёт электроны, а ионы менее активного металла-окислителя принимают их.

Кто окисляется и кто восстанавливается

Металл в простом веществе имеет степень окисления \(0\). При переходе в раствор он обычно превращается в катион и получает положительную степень окисления: \(M^0 \rightarrow M^{n+}\). Это окисление, поэтому металл является восстановителем: он восстанавливает другой участник реакции, отдавая ему электроны.

Катион другого металла принимает электроны и превращается в атом простого вещества: \(N^{m+} \rightarrow N^0\). Это восстановление, поэтому катион является окислителем.

Участник	Изменение степени окисления	Процесс	Роль
Металл-восстановитель	\(0 \rightarrow +n\)	Окисление, отдача электронов	Восстановитель
Ион металла в соли	\(+m \rightarrow 0\)	Восстановление, принятие электронов	Окислитель

Запомните

Кто отдаёт электроны, тот окисляется и является восстановителем. Кто принимает электроны, тот восстанавливается и является окислителем.

Чтобы предсказать возможность реакции, используют ряд активности металлов. Металл, расположенный левее или выше другого металла в ряду, обычно способен вытеснить его из раствора соли. Например, цинк активнее железа, поэтому реакция \(\mathrm{Zn + FeSO_4}\) возможна. Медь находится после железа, поэтому железо вытесняет медь, а медь железо из раствора его соли не вытесняет.

Zn + FeSO₄ → ZnSO₄ + FeЦинк вытесняет железо из раствора соли.

Cu + FeSO₄ → реакция\ не\ идётМедь не вытесняет железо из раствора его соли.

Микро-проверка

Какая частица является восстановителем в реакции \(\mathrm{Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu}\)?

Условия и типичные схемы

Для металлов средней и низкой активности важна среда реакции. В водном растворе металл обычно реагирует с солью менее активного металла. Однако есть исключения: щелочные и некоторые щёлочноземельные металлы реагируют прежде всего с водой, поэтому их не рассматривают как обычные вытеснители металлов из водных растворов.

Активный металл + соль менее активного металла → новая соль + менее активный металл.
Металл + кислота → соль + водород, если металл стоит в ряду активности до водорода и кислота не является концентрированной окисляющей кислотой.
Металл + соль того же металла — реакции замещения нет: система не получает энергетического преимущества.
Благородные металлы, расположенные после водорода, обычно не вытесняют водород из разбавленных неокисляющих кислот.

Пример взаимодействия с кислотой:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂Магний окисляется, а ионы водорода восстанавливаются до водорода.

\[\mathrm{Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}}\]3

\[\mathrm{2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0}\]4

Важно о кислотах

Правило «металл до водорода вытесняет водород» применяют главным образом к разбавленным неокисляющим кислотам, например к соляной кислоте. Азотная и концентрированная серная кислоты — окислители; с ними продукты часто определяются иначе.

Алгоритм решения задания

В заданиях экзамена нужно определить возможность реакции, продукты, окислитель и восстановитель или расставить коэффициенты. Удобно действовать по следующему плану.

Определите тип реакции: металл взаимодействует с солью или кислотой.
Сравните активность металлов по ряду активности. Если металл неактивнее вытесняемого металла, реакция замещения не идёт.
Запишите формулы продуктов: новая соль и выделившийся металл либо водород.
Определите степени окисления изменяющихся элементов.
Назовите окислитель и восстановитель.
Проверьте электронный баланс и коэффициенты.

№

Разобранный пример

Определите окислитель, восстановитель и коэффициенты в реакции алюминия с раствором хлорида железа(III).

Алюминий активнее железа, поэтому вытесняет его из соли. Ионы железа(III) восстанавливаются до простого вещества.

\(\displaystyle \mathrm{Al + FeCl_3 \rightarrow AlCl_3 + Fe}\)

Определяем изменения степеней окисления: алюминий окисляется от \(0\) до \(+3\), железо восстанавливается от \(+3\) до \(0\).

\(\displaystyle \mathrm{Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{3+}};\quad \mathrm{Fe^{3+} + 3e^- \rightarrow Fe^0}\)

Число отданных и принятых электронов уже совпадает, поэтому коэффициенты перед алюминием и железом равны единице. Баланс хлорид-ионов требует трёх молекул хлорида железа и двух молекул хлорида алюминия.

\(\displaystyle \mathrm{2Al + 3FeCl_3 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Fe}\)

Проверяем атомы: слева 2 Al, 3 Fe и 9 Cl; справа столько же. Алюминий — восстановитель, ионы \(\mathrm{Fe^{3+}}\) — окислитель.

\(\displaystyle \mathrm{2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{3+}};\quad \mathrm{3Fe^{3+} + 9e^- \rightarrow 3Fe^0}\)

2Al + 3FeCl₃ → 2AlCl₃ + 3FeАлюминий вытесняет железо из хлорида железа(III).

Частые ошибки

1. Нельзя называть окислителем металл, который отдаёт электроны: он восстановитель. 2. Нельзя судить о реакции только по формуле соли — сначала сравните активности металлов. 3. При записи соли учитывайте заряд иона металла: из \(\mathrm{Fe^{3+}}\) и \(\mathrm{Cl^-}\) получается \(\mathrm{FeCl_3}\), а не \(\mathrm{FeCl_2}\). 4. Не изменяйте индексы внутри формул при уравнивании: коэффициенты ставят только перед формулами. 5. Ионы кислотного остатка часто не участвуют в ОВР; они переходят в новую соль без изменения степени окисления.

Что наблюдают в опыте

При погружении железного гвоздя в раствор сульфата меди(II) на железе появляется красноватый налёт меди, а голубая окраска раствора ослабевает и может смениться зеленоватой окраской ионов железа(II). Эти признаки подтверждают перенос электронов и образование новых веществ.

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + CuСокращённое ионное уравнение процесса на границе металла и раствора.

Окислительно-восстановительные процессы металлов лежат в основе коррозии и электрохимических элементов. При изучении разрушения металлов полезно обратиться к страницам образование ржавчины, факторы коррозии и гальваническая коррозия. Расстановку коэффициентов при более сложных ОВР подробно разбирают в методе электронного баланса и расстановке коэффициентов в ОВР.

Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · ряд активности

Какая реакция замещения возможна?

Главное за минуту

Главное

В реакции замещения более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли.
Металл-восстановитель отдаёт электроны и окисляется; ион металла-окислителя принимает электроны и восстанавливается.
Возможность реакции проверяют по ряду активности металлов.
Коэффициенты находят с учётом электронного баланса, а индексы в формулах не изменяют.
Для разбавленных неокисляющих кислот металл до водорода обычно вытесняет водород, но для окисляющих кислот это правило напрямую не применяют.