Химични свойства на простите метали. Подготовка по химия за треска и цялостно издание на dpa
Металите са активни редуциращи агенти с положителна степен на окисление. Поради своите химични свойства металите намират широко приложение в промишлеността, металургията, медицината и строителството.
Метална дейност
При реакции металните атоми се отказват от валентни електрони и се окисляват. Колкото повече енергийни нива и по-малко електрони има един метален атом, толкова по-лесно е за него да се откаже от електрони и да претърпи реакции. Следователно металните свойства се увеличават отгоре надолу и отдясно наляво в периодичната таблица.
ориз. 1. Промени в металните свойства в периодичната таблица.
Активността на простите вещества е показана в електрохимичния ред на напрежението на металите. Вляво от водорода са активните метали (активността нараства отляво), вдясно са неактивните метали.
Най-голяма активност проявяват алкалните метали, които са в група I на периодичната таблица и са вляво от водорода в електрохимичните серии на напрежение. Те реагират с много вещества вече при стайна температура. Следват ги алкалоземните метали, които са включени във II група. Те реагират с повечето вещества при нагряване. Металите в електрохимичната серия от алуминий до водород (средна активност) изискват допълнителни условия, за да влязат в реакции.
ориз. 2. Електрохимични серии от метални напрежения.
Някои метали проявяват амфотерни свойства или двойственост. Металите, техните оксиди и хидроксиди реагират с киселини и основи. Повечето метали реагират само с определени киселини, като изместват водорода и образуват сол. Най-силно изразени двойни свойства проявяват:
- алуминий;
- олово;
- цинк;
- желязо;
- мед;
- берилий;
- хром.
Всеки метал е в състояние да измести друг метал, стоящ вдясно от него в електрохимичната серия от соли. Металите отляво на водорода го изместват от разредените киселини.
Свойства
Характеристиките на взаимодействието на металите с различни вещества са представени в таблицата на химичните свойства на металите.
реакция |
Особености |
Уравнение |
С кислород |
Повечето метали образуват оксидни филми. Алкалните метали се запалват спонтанно в присъствието на кислород. В този случай натрият образува пероксид (Na 2 O 2), останалите метали от група I образуват супероксиди (RO 2). При нагряване алкалоземните метали се запалват спонтанно, докато металите с междинна активност се окисляват. Златото и платината не взаимодействат с кислорода |
4Li + O 2 → 2Li 2 O; 2Na + O 2 → Na 2 O 2 ; K + O 2 → KO 2 ; 4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3; 2Cu + O 2 → 2CuO |
С водород |
При стайна температура алкалните съединения реагират, а при нагряване реагират алкалоземните съединения. Берилият не реагира. Магнезият допълнително изисква високо кръвно налягане |
Sr + H 2 → SrH 2 ; 2Na + H 2 → 2NaH; Mg + H 2 → MgH 2 |
Само активни метали. Литият реагира при стайна температура. Други метали - при нагряване |
6Li + N 2 → 2Li 3 N; 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 |
|
С карбон |
Литий и натрий, останалото - при нагряване |
4Al + 3C → Al 3 C4; 2Li+2C → Li 2 C 2 |
Златото и платината не взаимодействат |
2K + S → K 2 S; Fe + S → FeS; Zn + S → ZnS |
|
С фосфор |
При нагряване |
3Ca + 2P → Ca 3 P 2 |
С халогени |
Само нискоактивните метали не реагират, медта - при нагряване |
Cu + Cl 2 → CuCl 2 |
Алкални и някои алкалоземни метали. При нагряване, в киселинни или алкални условия металите със средна активност реагират |
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2; Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2; Pb + H 2 O → PbO + H 2 |
|
С киселини |
Метали вляво от водорода. Медта се разтваря в концентрирани киселини |
Zn + 2HCl → ZnCl2 + 2H2; Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2; Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O |
С алкали |
Само амфотерни метали |
2Al + 2KOH + 6H 2 O → 2K + 3H 2 |
Реактивните метали заместват по-малко реактивните метали |
3Na + AlCl 3 → 3NaCl + Al |
Металите взаимодействат помежду си и образуват интерметални съединения - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.
Приложение
Общите химични свойства на металите се използват за създаване на сплави, детергенти и се използват в каталитични реакции. Металите присъстват в батерии, електроника и носещи конструкции.
Основните области на приложение са изброени в таблицата.
ориз. 3. Бисмут.
Какво научихме?
От урока по химия в 9 клас научихме за основните химични свойства на металите. Способността за взаимодействие с прости и сложни вещества определя активността на металите. Колкото по-активен е металът, толкова по-лесно реагира при нормални условия. Активните метали реагират с халогени, неметали, вода, киселини и соли. Амфотерните метали реагират с алкали. Нискоактивните метали не реагират с вода, халогени и повечето неметали. Накратко прегледахме областите на приложение. Металите се използват в медицината, промишлеността, металургията и електрониката.
Тест по темата
Оценка на доклада
Средна оценка: 4.4. Общо получени оценки: 120.
Структурата на металните атоми определя не само характерните физични свойства на простите вещества - метали, но и техните общи химични свойства.
С голямо разнообразие всички химични реакции на металите са окислително-редукционни и могат да бъдат само два вида: комбинация и заместване. Металите са способни да отдават електрони по време на химични реакции, тоест да бъдат редуциращи агенти и да показват само положително състояние на окисление в получените съединения.
Най-общо това може да се изрази със следната диаграма:
Me 0 – ne → Me +n,
където Me е метал - просто вещество, а Me 0+n е метал, химичен елемент в съединение.
Металите са способни да даряват валентните си електрони на неметални атоми, водородни йони и йони на други метали и следователно ще реагират с неметали - прости вещества, вода, киселини, соли. Редукционната способност на металите обаче варира. Съставът на реакционните продукти на металите с различни вещества зависи от окислителната способност на веществата и условията, при които протича реакцията.
При високи температури повечето метали горят в кислород:
2Mg + O2 = 2MgO
Само златото, среброто, платината и някои други метали не се окисляват при тези условия.
Много метали реагират с халогени без нагряване. Например алуминиевият прах, когато се смеси с бром, се запалва:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Когато металите взаимодействат с вода, в някои случаи се образуват хидроксиди. При нормални условия алкалните метали, както и калцият, стронций и барий, взаимодействат много активно с водата. Общата схема на тази реакция изглежда така:
Me + HOH → Me(OH) n + H 2
Други метали реагират с водата при нагряване: магнезият при кипене, желязото във водна пара при кипене до червено. В тези случаи се получават метални оксиди.
Ако даден метал реагира с киселина, той е част от получената сол. Когато метал взаимодейства с киселинни разтвори, той може да се окисли от присъстващите в разтвора водородни йони. Съкратеното йонно уравнение може да бъде написано в общ вид, както следва:
Me + nH + → Me n + + H 2
Анионите на кислородсъдържащи киселини, като концентрирана сярна и азотна, имат по-силни окислителни свойства от водородните йони. Следователно тези метали, които не могат да бъдат окислени от водородни йони, например мед и сребро, реагират с тези киселини.
Когато металите взаимодействат със солите, възниква реакция на заместване: електроните от атомите на заместващия - по-активен метал - преминават към йоните на заменения - по-малко активен метал. Тогава мрежата заменя метала с метал в соли. Тези реакции не са обратими: ако метал A измества метал B от солевия разтвор, тогава метал B няма да измества метал A от солевия разтвор.
В низходящ ред на химическа активност, проявяваща се в реакциите на изместване на металите един от друг от водни разтвори на техните соли, металите са разположени в електрохимичната серия от напрежения (активности) на металите:
Li → Rb → K → Ba → Sr → Ca → Na→ Mg → Al → Mn → Zn → Cr → → Fe → Cd→ Co → Ni → Sn → Pb → H → Sb → Bi → Cu → → Ag → Pd → Pt → Au
Металите, разположени вляво в този ред, са по-активни и могат да изместят следните метали от солните разтвори.
Водородът е включен в електрохимичния ред напрежения на металите, като единственият неметал, който споделя общо свойство с металите - да образува положително заредени йони. Следователно водородът замества някои метали в техните соли и сам по себе си може да бъде заменен от много метали в киселини, например:
Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 + Q
Металите, които идват преди водорода в електрохимичната серия на напрежение, го изместват от разтвори на много киселини (солна, сярна и др.), Но всички тези, които го следват, например медта, не го изместват.
уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.
Металите заемат долния ляв ъгъл на периодичната таблица. Металите принадлежат към семействата на s-елементи, d-елементи, f-елементи и частично p-елементи.
Най-типичното свойство на металите е способността им да отдават електрони и да се превръщат в положително заредени йони. Освен това металите могат да проявяват само положително състояние на окисление.
Me - ne = Me n +
1. Взаимодействие на метали с неметали.
А ) Взаимодействие на метали с водород.
Алкалните и алкалоземните метали реагират директно с водорода, образувайки хидриди.
например:
Ca + H 2 = CaH 2
Образуват се нестехиометрични съединения с йонна кристална структура.
б) Взаимодействие на металите с кислорода.
Всички метали с изключение на Au, Ag, Pt се окисляват от атмосферния кислород.
Пример:
2Na + O 2 = Na 2 O 2 (пероксид)
4K + O 2 = 2K 2 O
2Mg + O2 = 2MgO
2Cu + O 2 = 2CuO
в) Взаимодействие на метали с халогени.
Всички метали реагират с халогени, за да образуват халогениди.
Пример:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Това са предимно йонни съединения: MeHal n
г) Взаимодействие на металите с азота.
Алкалните и алкалоземните метали взаимодействат с азота.
Пример:
3Ca + N2 = Ca3N2
Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - нитрид.
д) Взаимодействие на метали с въглерод.
Съединения на метали и въглерод - карбиди. Те се образуват от взаимодействието на стопилките с въглерода. Активните метали образуват стехиометрични съединения с въглерод:
4Al + 3C = Al 4 C 3
Металите - d-елементите образуват съединения с нестехиометричен състав като твърди разтвори: WC, ZnC, TiC - се използват за производство на свръхтвърди стомани.
2. Взаимодействие на металите с водата.
Метали, които имат по-отрицателен потенциал от редокс потенциала на водата, реагират с водата.
Активните метали реагират по-активно с водата, разлагайки водата и отделяйки водород.
Na + 2H2O = H2 + 2NaOH
По-малко активните метали бавно разграждат водата и процесът се забавя поради образуването на неразтворими вещества.
3. Взаимодействие на метали със солеви разтвори.
Такава реакция е възможна, ако реагиращият метал е по-активен от този в солта:
Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4
0,76 V., = + 0,34 V.
Метал с по-отрицателен или по-малко положителен стандартен електроден потенциал измества друг метал от разтвора на неговата сол.
4. Взаимодействие на метали с алкални разтвори.
Метали, които произвеждат амфотерни хидроксиди или имат висока степен на окисление в присъствието на силни окислители, могат да реагират с основи. Когато металите взаимодействат с алкални разтвори, окислителят е водата.
Пример:
Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- окисление
Zn 0 - редуциращ агент
1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - редукция
H 2 O - окислител
Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H 2
Металите с висока степен на окисление могат да взаимодействат с алкали по време на синтез:
4Nb +5O 2 +12KOH = 4K 3 NbO 4 + 6H 2 O
5. Взаимодействие на метали с киселини.
Това са сложни реакции; продуктите на реакцията зависят от активността на метала, вида и концентрацията на киселината и температурата.
Въз основа на активността металите условно се разделят на активни, средноактивни и нискоактивни.
Киселините условно се разделят на 2 групи:
Група I - киселини с ниска окислителна способност: HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (разреден), H 3 PO 4, H 2 S, окислителят тук е H +. При взаимодействие с метали се отделя кислород (H 2 ). Металите с отрицателен електроден потенциал реагират с киселини от първата група.
Група II - киселини с висока окислителна способност: H 2 SO 4 (конц.), HNO 3 (разреден), HNO 3 (конц.). В тези киселини окислителите са киселинните аниони: . Продуктите от анионната редукция могат да бъдат много разнообразни и зависят от активността на метала.
H 2 S - с активни метали
H 2 SO 4 +6е S 0 ↓ - с метали със средна активност
SO 2 - с нискоактивни метали
NH 3 (NH 4 NO 3) - с активни метали
HNO 3 +4.5e N 2 O, N 2 - с метали със средна активност
НЕ - с нискоактивни метали
HNO 3 (конц.) - NO 2 - с метали с всякаква активност.
Ако металите имат променлива валентност, тогава с киселини от група I металите придобиват по-ниска положителна степен на окисление: Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+. При взаимодействие с киселини от група II степента на окисление е +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+ и никога не се отделя водород.
Някои метали (Fe, Cr, Al, Ti, Ni и др.) В разтвори на силни киселини, когато се окисляват, се покриват с плътен оксиден филм, който предпазва метала от по-нататъшно разтваряне (пасивация), но при нагряване оксидът филмът се разтваря и реакцията протича.
Слабо разтворимите метали с положителен електроден потенциал могат да се разтворят в киселини от група I в присъствието на силни окислители.
Металните атоми относително лесно се отказват от валентни електрони и се превръщат в положително заредени йони. Следователно металите са редуциращи агенти. Металите реагират с прости вещества: Ca + C12 - CaC12. Активните метали реагират с вода: 2Na + 2H20 = 2NaOH + H2f. Металите, стоящи в серията от стандартни електродни потенциали до водород, взаимодействат с разредени разтвори на киселини (с изключение на HN03) с освобождаване на водород: Zn + 2HC1 = ZnCl2 + H2f. Металите реагират с водни разтвори на соли на по-малко активни метали: Ni + CuS04 = NiS04 + Cu J. Металите реагират с окислителни киселини: C. Методи за получаване на метали Съвременната металургия произвежда повече от 75 метала и множество сплави на тяхна основа. В зависимост от методите за получаване на метали се разграничават пирогидро- и електрометалургия. GG) Пирометалургията обхваща методи за получаване на метали от руди чрез редукционни реакции, извършвани при високи температури. Като редуциращи агенти се използват въглища, активни метали, въглероден оксид (II), водород и метан. Cu20 + C - 2Cu + CO, t° Cu20 + CO - 2Cu + C02, t° Cr203 + 2A1 - 2Cr + A1203, (алуминотермия) t° TiCl2 + 2Mg - Ti + 2MgCl2, (магнезиева термия) t° W03 + 3H2 = W+3H20. (хидрогенотермия) |C Хидрометалургията е производството на метали от разтвори на техните соли. Например, когато медна руда, съдържаща меден оксид (I), се третира с разредена сярна киселина, медта преминава в разтвор под формата на сулфат: CuO + H2S04 = CuS04 + H20. След това медта се отстранява от разтвора чрез електролиза или чрез изместване с помощта на железен прах: CuS04 + Fe = FeS04 + Cu. [h] Електрометалургията е метод за производство на метали от техните стопени оксиди или соли чрез електролиза: електролиза 2NaCl - 2Na + Cl2. Въпроси и задачи за самостоятелно решаване 1. Посочете позицията на металите в периодичната таблица на Д.И.Менделеев. 2. Покажете физичните и химичните свойства на металите. 3. Обяснете причината за общите свойства на металите. 4. Покажете промяната в химическата активност на металите от основните подгрупи на групи I и II на периодичната таблица. 5. Как се променят металните свойства на елементите от периоди II и III? 10l Назовете видовете пирометалургия. Какви редуциращи агенти се използват във всеки конкретен метод? защо 11. Назовете металите, които се получават чрез хидрометалургия. Каква е същността и какви са предимствата на този метод пред останалите? 12. Дайте примери за производство на метали с помощта на електрометалургия. В какъв случай се използва този метод? 13. Какви са съвременните методи за производство на метали с висока чистота? 14. Какво е "електроден потенциал"? Кой метал има най-висок и кой има най-нисък електроден потенциал във воден разтвор? 15. Опишете редица стандартни електродни потенциали? 16. Възможно ли е да се измести металното желязо от воден разтвор на неговия сулфат с помощта на метален цинк, никел и натрий? защо 17. Какъв е принципът на действие на галваничните клетки? Какви метали могат да се използват в тях? 18. Какви процеси се считат за корозия? Какви видове корозия познавате? 19. Какво се нарича електрохимична корозия? Какви методи за защита срещу него знаете? 20. Как контактът му с други метали влияе върху корозията на желязото? Кой метал ще бъде унищожен първо върху повредена повърхност от калайдисано, поцинковано и никелирано желязо? 21. Какъв процес се нарича електролиза? Напишете реакции, които отразяват процесите, протичащи на катода и анода по време на електролиза на разтопен натриев хлорид, водни разтвори на натриев хлорид, меден сулфат, натриев сулфат, сярна киселина. 22. Каква роля играе материалът на електрода по време на процесите на електролиза? Дайте примери за процеси на електролиза, протичащи с разтворими и неразтворими електроди. 23. Сплавта, използвана за изготвяне на медни монети, съдържа 95% мед. Определете втория метал, включен в сплавта, ако при обработката на монета от една копейка с излишък от солна киселина се отделят 62,2 ml водород (n.u.). u.)? Какво и в какво количество се е отделило на катода?
Химични свойства на металите: взаимодействие с кислород, халогени, сяра и връзка с вода, киселини, соли.
Химичните свойства на металите се определят от способността на техните атоми лесно да отделят електрони от външно енергийно ниво, превръщайки се в положително заредени йони. Така в химичните реакции металите се оказват енергийни редуциращи агенти. Това е основното им общо химично свойство.
Способността за отдаване на електрони варира между атомите на отделните метални елементи. Колкото по-лесно един метал отдава своите електрони, толкова по-активен е той и толкова по-енергично реагира с други вещества. Въз основа на изследвания всички метали са подредени в ред на намаляване на тяхната активност. Тази серия е предложена за първи път от изключителния учен Н. Н. Бекетов. Тази серия от активности от метали се нарича още серия от изместване на метали или електрохимична серия от метални напрежения. Изглежда така:
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Използвайки тази серия, можете да откриете кой метал е активен в друг. Тази серия съдържа водород, който не е метал. Неговите видими свойства се приемат за сравнение като вид нула.
Имайки свойствата на редуциращи агенти, металите реагират с различни окислители, предимно с неметали. Металите реагират с кислорода при нормални условия или при нагряване, за да образуват оксиди, например:
2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2
При тази реакция магнезиевите атоми се окисляват, а кислородните атоми се редуцират. Благородните метали в края на серията реагират с кислорода. Активно протичат реакции с халогени, например изгарянето на мед в хлор:
Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2
Реакциите със сяра най-често възникват при нагряване, например:
Fe0 + S0 = Fe+2S-2
Активните метали в редицата активност на металите в Mg реагират с вода, за да образуват основи и водород:
2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02
Металите със средна активност от Al до H2 реагират с вода при по-тежки условия и образуват оксиди и водород:
Pb0 + H+2O Химични свойства на металите: взаимодействие с кислород Pb+2O + H02.
Способността на метала да реагира с киселини и соли в разтвор също зависи от позицията му в серията на изместване на металите. Металите, стоящи в изместващия ред метали отляво на водорода, обикновено изместват (редуцират) водорода от разредените киселини, докато металите, стоящи вдясно от водорода, не го изместват. Така цинкът и магнезият реагират с киселинни разтвори, като отделят водород и образуват соли, но медта не реагира.
Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02
Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.
Металните атоми в тези реакции са редуциращи агенти, а водородните йони са окислители.
Металите реагират със соли във водни разтвори. Активните метали изместват по-малко активните метали от състава на солите. Това може да се определи от серията активност на металите. Продуктите на реакцията са нова сол и нов метал. Така че, ако желязна плоча се потопи в разтвор на меден (II) сулфат, след известно време върху нея ще се освободи мед под формата на червено покритие:
Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.
Но ако сребърна чиния се потопи в разтвор на меден (II) сулфат, няма да настъпи никаква реакция:
Ag + CuSO4 ≠.
За да извършите такива реакции, не можете да използвате твърде активни метали (от литий до натрий), които могат да реагират с вода.
Следователно металите са способни да реагират с неметали, вода, киселини и соли. Във всички тези случаи металите се окисляват и са редуциращи агенти. За да се предскаже хода на химичните реакции, включващи метали, трябва да се използва серия от изместване на метали.