Металлы (и их свойства)

(Задания внизу страницы)

Металлы - группа элементов, находящихся в виде простых веществ, обладающих металлическими свойствами:

1. Высокая теплопроводность

2. Высокая электропроводность

3. Металлический блеск

4. Высокая пластичность

5. Высокая ковкость

В Периодической системе находятся щелочные и щелочноземельные металлы, переходные металлы, актиноиды и лантаноиды.

 

 

Физические свойства металлов

 

Агрегатное состояние (при н.у.) - твердое (кроме ртути, она - жидкая). Имеют температуры плавления от -39С до 3410С. Бывают легкими (алюминий, магний, цинк) и тяжелыми (осмий, иридий). Имеют различные оттенки - желтый, красный и т.д.

 

 

Химические свойства

 

Большинство металлов на внешнем уровне имеют от 1 до 3х электронов, поэтому намного чаще отдают электроны, чем принимают.

1. Реагируют с неметаллами

   А. С кислородом

 

металл (кроме щелочных) + кислород → амфотерный/основной оксид 

 

4Al + 3O2 → 2Al2O3

2Mg + O2 → 2MgO

   Б. Взаимодействие с водородом (с образованием солей)

 

металл + водород → гидрид металла

 

2Na + H2 → 2NaH

   В. Взаимодействие с галогенами (с образованием хлоридов)

 

металл + галоген → галогенид металла

 

Ca + Cl2 → CaCl2

   Г. Взаимодействие с серой (с образованием сульфидов)

 

металл + сера → сульфид металла

 

Fe + S → FeS

   Д. Взаимодействие с азотом (с образованием нитридов)

 

металл + азот → нитрид металла

 

3Mg + N2 → Mg3N2

   Е. Взаимодействие с фосфором (с образованием фосфидов) 

 

металл + фосфор → фосфид металла

 

3Mg + 2P → Mg3P2

   Ж. Взаимодействие с углеродом (с образованием карбидов)

 

металл +  углерод → карбид металла

 

4Al + 3C → Al3C4

2. Взаимодействие металлов между собой

 

металл + металл → интерметаллическое соединение

 

2Na + Sb → Na2Sb

3. Растворение металлов друг в друге без взаимодействия с образованием сплава

4. Взаимодействие кислоты с металлом

     А. Взаимодействие кислоты с металлами, стоящими в ряду до или после водорода

кислота + металл до Н2 → сель металла в минимальной степени окисления + Н2↑

Fe + H2SO4(разб) → FeSO4 + H2↑

кислота + металл после Н2 ≠ реакция не идет

Cu + H2SO4(разб) ≠

     Б. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами

H2SO4(конц) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta ≠ реакция не идет

H2SO4(конц) + щелочной/щелочноземельный металл и Mg/Zn → H2S/S/SO2 (в зависимости от условий) + сульфат металла в максимальной степени окисления + Н2О

Zn + 2H2SO4(конц) (t1)→ ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O

3Zn + 4H2SO4(конц) (t2>t1)→ 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O

4Zn + 5H2SO4(конц) (t3>t2)→ 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O

H2SO4(конц) + остальные металлы → SO2 + сульфат металла в максимальной степени окисления + H2O

Cu + 2H2SO4(конц) (t)→ CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

2Al + 6H2SO4(конц) (t)→ Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

      В. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с металлами

HNO3(конц) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta, Os ≠ реакция не идет

HNO3(конц) + Pt ≠ 

HNO3(конц) + металл щелочной/щелочноземельный → N2O + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O

4Ba + 10HNO3(конц) → 4Ba(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

HNO3(конц) + остальные металлы при температуре → NO2 + нитрат металла в максbмальной степени окисления + H2O

Ag + 2HNO3(конц) → AgNO3 + NO2↑ + H2O

С Fe, Co, Ni, Cr и Al взаимодействует только при нагревании, так как при обычных условиях эти металлы азотной кислотой пассивируются - становятся химически стойкими

     Г. Взаимодействие разбавленной азотной кислоты с металлами

HNO3(разб) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta ≠ реакция не идет

Очень пассивные металлы (Au, Pt) могут быть растворены царской водкой - смесью одного объема концентрированной азотной кислоты с тремя объемами концентрированной соляной кислоты. Окислителем в ней является атомарный хлор, отщепляющийся от хлорида нитрозила, который образуется в результате реакции: HNO3 + 3HCl → 2H2O + NOCl + Cl2

HNO3(разб) + металл щелочной/щелочноземельный → NH3(NH4NO3) + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O

NH3 превращается в NH4NO3 в избытке азотной кислоты

4Ca + 10HNO3(разб) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

HNO3(разб) + металл в ряду напряжений до Н2 → NO/N2O/N2/NH3 (в зависимости от условий) + нитрат металла в максимальной степени окисления + Н2О

С остальными металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода и неметаллами, HNO3(разб) образует соль, воду и, в основном NO, но, может, в зависимости от условий и N2O, и N2, и NH3/NH4NO3 (чем больше разбавлена кислота, тем ниже степень окисления азота в выделяющемся газообразной продукте)

3Zn + 8HNO3(разб) → 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

4Zn + 10HNO3(разб) → 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

5Zn + 12HNO3(разб) → 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O

4Zn + 10HNO3(оч.разб) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

HNO3(разб) + металл после Н2 → NO + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O

С малоактивными металлами, стоящими после Н2, HNO3разб образует соль, воду и NO

3Cu + 8HNO3(разб) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

5. Для восстановления неметаллов из их оксидов часто используют магнийтермию.

CO2 + 2Mg → C + 2MgO

SiO2 + 2Mg (t)→ Si + 2MgO

N2O + Mg (t)→ N2 + MgO

6. Соль менее активного металла + металл более активный → металл менее активный↓ + соль

Более активный металл вытесняет менее активный металл (стоящий правее в ряду напряжения) из раствора его соли, при этом образуется новая соль, а менее активный металл выделяется в свободном виде (оседает на пластинке активного металла). Исключение - щелочные и щелочноземельные металлы в растворе взаимодействуют с водой.

Соли, обладающие окислительными свойствами, в растворе вступают с металлами и в другие окислительно-восстановительные реакции. 

FeSO4 + Zn → Fe↓ + ZnSO4

ZnSO4 + Fe ≠

Hg(NO3)2 + Cu → Hg↓ + Cu(NO3)2

2FeCl3 + Fe → 3FeCl2

FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl2

HgCl2 + Hg → Hg2Cl2

2CrCl3 + Zn → 2CrCl2 + ZnCl2

Металлы могут вытеснять друг друга и из расплавов солей (реакция осуществляется без доступа воздуха). При этом надо помнить, что:

а) при плавлении многие соли разлагаются

б) ряд напряжения металлов определяет относительную активность металлов только в водных растворах (так, например, Аl  в водных растворах менее активен, чем щелочноземельные металлы, а в расплавах - более активен)

K + AlCl3(распл) →(t) 3KCl + Al

Mg + BeF2(распл) → (t) MgF2 + Be

2Al + 3CaCl2(распл) → (t) 2AlCl3 + 3Ca