20. Неорганическая химия
Читать 0 мин.
20.113. Химические свойства металлов
По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов.
Чем левее стоит металл в ряду стандартных электродных потенциалов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель — металлический литий, золото — самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) — самый сильный окислитель, литий (I) — самый слабый.
Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно‒земельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.
Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.
Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.
Физические свойства металлов:
1. Плотность металлов:
Легкие: Al, Na, Mg,Sn, Ga
Тяжелые: Cu, Pb, Fe, Hg, Cd
2. Температура плавления:
Легкоплавкие (t<1000C): Al, Na, Hg, Zn, Ti, Bi
Тугоплавкие (t>1000C): W, Cr, Fe, Mo, Nb
3. Твердость:
Мягкие: Na, Pb, Ba, In, Cd
Твердые: Cr, Fe, Zn, Ag
4. Общие свойства металлов: твердая кристаллическая структура, у большинства – серый цвет, металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость и пластичность.
Способы получение металлов:
1. Пирометаллургия
- Карботермия (при высоких температурах):
FeO + C = Fe + CO
Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO2
- Гидротермия (восстановление водородом)
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
- Вакуумтермия (восстановление более активными металлами)
KCl + Na = NaCl + K
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
3BaO + 2Al = Al2O3 + 3Ba
2. Гидрометаллургия (как правило в несколько стадий)
1) CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
2) CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
3. Электрометаллургия – электролиз расплавов и растворов(подробнее эта тема рассматривается на уроке – электролиз)
Na[AlF4]
- 2Al2O3 = 4Al + 3O2
- 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4
- KCl = K + Cl2
- 4NaOH = 4Na + O2 + 2H2O
Химические свойства металлов:
|
Вещество |
Металл и условие реакции |
Пример |
|
С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ |
||
|
Галогены: F2, Cl2, Br2, I2 |
Большинство металлов |
Fe(Сr) + Г2 = 2FeГ3 НО: Fe(Cr) + I2 = FeI2 |
|
С кислородом |
Li, Ca, Al, Fe и другие |
4Li + O2 = 2Li2O 4Al+ 3O2 = 2Al2O3 3Fe + 2O2 = Fe3O4 |
|
Na, K |
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид натрия) K + O2 = KO2 (супероксид калия) |
|
|
C серой образуются сульфида |
Металлы реагируют при нагревании |
2Na + S = Na2S Fe + S = FeS Cr + S = CrS 2Al + 3S = Al2S3 |
|
С азотом образуются нитриды |
Реагируют при нагревании |
6Li + N2 = 2Li3N 3Ca + N2 = Ca3N2 Fe + N2 = НЕ РЕАГИРУЕТ! 2Cr + N2 = 2CrN |
|
С фосфором образуются фосфиды |
При нагревании |
Na + P = Na3P Fe + P =FexPy (бертолиды) |
|
С углеродом образуются карбиды |
При нагревании |
2Li + 2C = Li2C2 Ca + 2C = CaC2 4Al + 3C = Al4C3 |
|
C кремнием образуются силициды |
При нагревании |
6Li + 2Si = Li6Si2 Mg + Si = Mg2Si |
|
C водородом образуются гидриды |
С кальцием при нагревании |
2Li + H2 = 2LiH Ca + H2 = CaH2 Al + H2 = НЕ РЕАГИРУЕТ! |
|
СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ |
||
|
С водой |
При нагревании, кроме Na, Ca, Sr, Ba, K, Li |
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 |
|
В присутствии амальгамы |
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 |
|
|
С солями |
Вытесняют менее активный металл. Реакция не идет с металлами от Li до Na (в ряду активности метллов) |
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 2Mg + TiCl4 = 2MgCl2 + Ti |
|
Реакции с оксидами азота |
2Cu + NO2 = N2 + 2CuO Cu + N2O = N2 + CuO 2Cu + 2NO = N2 + 2CuO |
Сталь – сплав железа и углеродаНекоторые широко используемые сплавы:
Бронза – сплав меди с оловом
Латунь – сплав меди с цинком
Амальгамы – сплавы металлов, содержащие ртуть
