ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

1 ) Активні (лужні та лужноземельні метали, Mg, Al, Zn та ін.)

2) Металисередньої активності (Fe, Cr, Mn та ін.);

3 )Малоактивні (Cu, Ag)

4) Шляхетні метали - Au, Pt, Pd та ін.

У реакціях – лише відновники. Атоми металів легко віддають електрони зовнішнього (а деякі - і передзовнішнього) електронного шару, перетворюючись на позитивні іони. Можливі ступені окислення Ме Найнижча 0,+1,+2,+3 Вища +4,+5,+6,+7,+8

1. ВЗАЄМОДІЯ З НЕМЕТАЛАМИ

1. З ВОДОРОДОМ

Реагують при нагріванні метали IA та IIA групи, крім берилію. Утворюються тверді нестійкі речовини гідриди, інші метали не реагують.

2K + H₂ = 2KH (гідрид калію)

Ca + H₂ = CaH₂

2.З КИСНЕМ

Реагують усі метали, окрім золота, платини. Реакція зі сріблом відбувається при високих температурах, але оксид срібла(II) практично не утворюється, оскільки він термічно нестійкий. Лужні метали при нормальних умовахутворюють оксиди, пероксиди, надпероксиди (літій – оксид, натрій – пероксид, калій, цезій, рубідій – надпероксид

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

Інші метали головних подрупп за нормальних умов утворюють оксиди зі ступенем окислення, що дорівнює номеру групи 2Сa+O2=2СaO

2Сa+O2=2СaO

Метали побічних подруп утворюють оксиди при нормальних умовах і при нагріванні оксиди різного ступеняокислення, а залізо залізну окалину Fe3O4 (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (червоний) 2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чорний);

2Zn + O₂ = ZnO 4Cr + 3О2 = 2Cr2О3

3. З ГАЛОГЕНАМИ

галогеніди (фториди, хлориди, броміди, йодиди). Лужні за нормальних умов з F, Cl, Br займаються:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Лужноземельні та алюміній реагують за нормальних умов:

Зa+Cl2=ЗaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Метали побічних підгруп при підвищених температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂ Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид заліза (+3) 2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I(Не буває йодиду міді (+2)!)

4. ВЗАЄМОДІЯ З СІРОЮ

при нагріванні навіть у лужних металів, з ртуттю за нормальних умов. Реагують усі метали, крім золота та платини

зсірої – сульфіди: 2K + S = K2S 2Li+S = Li2S (сульфід)

Зa+S=ЗaS(сульфід) 2Al+3S = Al2S3 Cu + S = Cu⁺²S (чорний)

Zn + S = ZnS 2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

5. ВЗАЄМОДІЯ З ФОСФОРОМ І АЗОТОМ

протікає при нагріванні (виключення: літій з азотом за нормальних умов):

з фосфором – фосфіди: 3Ca + 2 P=Са3P2,

З азотом - нітриди 6Li + N2 = 3Li2N (нітрид літію) (н.у.) 3Mg + N2 = Mg3N2 (нітрид магнію) 2Al + N2 = 2A1N 2Cr + N2 = 2CrN 3Fe + N2 = Fe₃⁺²N₂

6. ВЗАЄМОДІЯ З ВУГЛЕРОДОМ І КРЕМНІЄМ

протікає при нагріванні:

З вуглецем утворюються карбіди З вуглецем реагують лише найактивніші метали. З лужних металів карбіди утворюють літій та натрій, калій, рубідій, цезій не взаємодіють з вуглецем:

2Li + 2C = Li2C2, Са + 2С = СаС2

Метали – d-елементи утворюють з вуглецем сполуки нестехіометричного складу типу твердих розчинів: WC, ZnC, TiC – використовуються для отримання надтвердих сталей.

з кремнієм – силіциди: 4Cs + Si = Cs4Si,

7. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВОДОЮ:

З водою реагують метали, що стоять до водню в електрохімічному ряді напруг. .

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2
Зa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2

2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2

Інші метали реагують з водою тільки в розжареному стані, утворюючи оксиди (залізо – залізну окалину)

Zn + Н2O = ZnO + H2 3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2 2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

8 З КИСНЕМ І ВОДОЮ

На повітрі залізо та хром легко окислюється у присутності вологи (іржавіння)

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

9. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ОКСИДАМИ

Метали (Al, Mg, Са), відновлюють при високій температурі неметали або менш активні метали з їх оксидів → неметал або малоактивний метал і оксид (кальційтермія, магнійтермія, алюмінотермія)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3 ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C) 8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (терміт) 2Mg + CО2 = 2MgO + С + 2NO = 2CuO + N2 3Zn + SО2 = ZnS + 2ZnO

10. З ОКСИДАМИ

Метали залізо та хром реагують з оксидами, зменшуючи ступінь окислення

Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

11. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ ІЗ лугами

З лугами взаємодіють тільки ті метали, оксиди і гідроксиди яких мають амфотерні властивості ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) та ін.) Розплав → сіль металу + водень.

2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2 (цинкат натрію)

2Al + 2(NaOH · H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
РОЗЧИН → комплексна сіль металу + водень.

2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2 + H2 (тетрагідроксоцінкат натрію) 2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na+3H2

12. ВЗАЄМОДІЯ З КИСЛОТАМИ (крім HNO3 і Н2SО4 (конц.)

Метали, що стоять в електрохімічному ряду напруг металів лівіше за водень, витісняють його з розведених кислот → сіль і водень

Запам'ятай! Азотна кислотаніколи не виділяє водень при взаємодії із металами.

Мg + 2НС1 = МgСl2 + Н2
Al + 2НС1 = Al⁺³Сl₃ + Н2

13. РЕАКЦІЇ З СОЛЯМИ

Активні метали витісняють із солей менш активні. Відновлення із розчинів:

CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu

FeSO4 + Cu =РЕАКЦІЇНІ

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 +Зu

Відновлення металів із розплавів їх солей

3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al

TiCl2 + 2Mg = MgCl2 + Ti

Метали груп реагують з солями, знижуючи ступінь окислення

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2

Метали – активні відновники з позитивним ступенем окиснення. Завдяки хімічним властивостям метали широко використовуються у промисловості, металургії, медицині, будівництві.

Активність металів

У реакціях атоми металів віддають валентні електрони та окислюються. Чим більше енергетичних рівнів та менше електронів має атом металу, тим легше йому віддавати електрони та вступати в реакції. Тому металеві властивості збільшуються зверху вниз і праворуч наліво таблиці Менделєєва.

Мал. 1. Зміна металевих властивостей у таблиці Менделєєва.

Активність простих речовинпоказано в електрохімічному ряду напруги металів. Ліворуч від водню знаходяться активні метали (активність збільшується до лівого краю), праворуч – неактивні.

Найбільшу активність виявляють лужні метали, що у I групі періодичної таблиціі стоять лівіше водню в електрохімічному ряду напруг. Вони вступають у реакцію з багатьма речовинами вже за кімнатної температури. За ними йдуть лужноземельні метали, що входять до ІІ групи. Вони реагують з більшістю речовин під час нагрівання. Метали, що у електрохімічному ряду від алюмінію до водню (середньої активності) вимагають додаткових умов вступу у реакції.

Мал. 2. Електрохімічний ряд напруги металів.

Деякі метали виявляють амфотерні властивості чи подвійність. Метали, їх оксиди та гідроксиди реагують з кислотами та основами. Більшість металів реагує лише з деякими кислотами, заміщаючи водень та утворюючи сіль. Найбільш яскраво виражені двоїсті властивості виявляють:

• алюміній;
• свинець;
• цинк;
• залізо;
• мідь;
• берилій;
• хром.

Кожен метал здатний витісняти стоїть правіше за нього в електрохімічному ряду інший метал із солей. Метали, що знаходяться зліва від водню, витісняють його з розведених кислот.

Властивості

Особливості взаємодії металів із різними речовинами представлені у таблиці хімічних властивостей металів.

Метали взаємодіють між собою та утворюють інтерметалеві сполуки - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Застосування

Загальні хімічні властивості металів використовуються створення сплавів, миючих засобів, застосовуються в каталітичних реакціях. Метали присутні в акумуляторах, електроніці, несучих конструкціях.

Основні галузі застосування вказані у таблиці.

Мал. 3. Вісмут.

Що ми дізналися?

З уроку 9 класу хімії дізналися про основні хімічні властивості металів. Можливість взаємодіяти з простими та складними речовинами визначає активність металів. Чим активніший метал, тим легше він вступає в реакцію за звичайних умов. Активні метали реагують із галогенами, неметалами, водою, кислотами, солями. Амфотерні метали взаємодіють із лугами. Малоактивні метали не реагують із водою, галогенами, більшістю неметалів. Коротко розглянули галузі застосування. Метали використовуються у медицині, промисловості, металургії, електроніці.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.4. Усього отримано оцінок: 120.

Під металами мають на увазі групу елементів, яка представлена ​​у вигляді найпростіших речовин. Вони мають характерні властивості, а саме високу електро- і теплопровідність, позитивний температурний коефіцієнт опору, високу пластичність і металевий блиск.

Зауважимо, що із 118 хімічних елементів, які були відкриті на даний момент, до металів слід відносити:

• серед групи лужноземельних металів 6 елементів;
• серед лужних металів 6 елементів;
• серед перехідних металів 38;
• у групі легких металів 11;
• серед напівметалів 7 елементів,
• 14 серед лантаноїдів та лантан,
• 14 у групі актиноїдів та актиній,
• Поза визначенням знаходяться берилій і магній.

Виходячи з цього, до металів належать 96 елементів. Розглянемо докладніше, із чим реагують метали. Оскільки на зовнішньому електронному рівні у більшості металів знаходиться невелика кількість електронів від 1 до 3-х, то вони в більшості своїх реакцій можуть виступати як відновники (тобто вони віддають свої електрони іншим елементам).

Реакції з найпростішими елементами

• Крім золота та платини, абсолютно всі метали реагують із киснем. Зауважимо також, що реакція за високих температур відбувається зі сріблом, проте оксид срібла(II) при нормальних температурах не утворюється. Залежно від властивостей металу, в результаті реакції з киснем утворюються оксиди, надпероксиди та пероксиди.

Наведемо приклади кожної з хімічної освіти:

1. оксид літію – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
2. надпероксид калію - K + O 2 = KO 2;
3. пероксид натрію – 2Na+O 2 =Na 2 O 2 .

Для того щоб отримати оксид з пероксиду, його потрібно відновити тим же металом. Наприклад, Na 2 O 2 +2Na=2Na 2 O. З малоактивними і середніми металами подібна реакція відбуватиметься лише за нагріванні, наприклад: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4 .

• З азотом метали можуть реагувати тільки з активними металами, проте при кімнатній температурі може взаємодіяти тільки літій, утворюючи при цьому нітриди – 6Li+N 2 =2Li 3 N, проте при нагріванні відбувається така хімічна реакція 2Al+N 2 =2AlN, 3Ca+N 2 = Ca 3 N 2 .
• З сіркою, як і з киснем, реагують абсолютно всі метали, причому винятком є ​​золото і платина. Зауважимо, що залізо може взаємодіяти тільки при нагріванні із сіркою, утворюючи при цьому сульфід: Fe+S=FeS
• Тільки активні метали можуть реагувати з воднем. До них відносяться метали групи IA та IIA, крім берилію. Такі реакції можуть здійснюватись тільки при нагріванні, утворюючи гідриди.

  Оскільки ступінь окислення водню вважається?1, то метали у разі виступають як відновники: 2Na+H 2 =2NaH.

• Реагують із вуглецем також найактивніші метали. Внаслідок цієї реакції утворюються ацетиленіди або метаніди.

Розглянемо які метали реагують з водою і що вони дають в результаті цієї реакції? Ацетилени при взаємодії з водою будуть ацетилен, а метан вийде в результаті реакції води з метанідами. Наведемо приклади даних реакцій:

1. Ацетилен - 2Na + 2C = Na 2 C 2;
2. Метан - Na 2 C 2 +2H 2 O=2NaOH+C 2 H 2 .

Реакція кислот із металами

Метали з кислотами також можуть реагувати по-різному. З усіма кислотами реагують ті метали, які у ряду стоять електрохімічної активності металів до водню.

Наведемо приклад реакції заміщення, що показує, із чим реагують метали. Інакше така реакція називається окислювально-відновною: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.

Деякі кислоти можуть взаємодіяти з металами, які стоять після водню: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O.

Зауважимо, що така розбавлена ​​кислота може реагувати з металом за наведеною класичною схемою: Mg+H 2 SO 4 =MgSO 4 +H 2 ^.

Атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони та переходять у позитивно заряджені іони. Тож метали є відновниками. Метали взаємодіють із простими речовинами: Са + С12 - СаС12, Активні метали реагують із водою: 2Na + 2Н20 = 2NaOH + H2f. Метали, що стоять у ряді стандартних електродних потенціалів до водню, взаємодіють з розчинами розбавлених кислот (крім HN03) з виділенням водню: Zn + 2НС1 = ZnCl2 + H2f. Метали реагують з водними розчинами солей менш активних металів: Ni + CuS04 = NiS04 + Сі J. Метали реагують з кислотами-окислювачами: С. Способи одержання металів Сучасна металургія отримує понад 75 металів та численні сплави на їх основі. Залежно від способів отримання металів розрізняють пірогідро- та електрометалургію. ГГ) Пірометаллургія охоплює способи отримання металів із руд за допомогою реакцій відновлення, які проводяться при високих температурах. Як відновники застосовують вугілля, активні метали, оксид вуглецю (II), водень, метан. Cu20 + С - 2Сі + СО, t° Cu20 + СО - 2Cu + С02, t° Сг203 + 2А1 - 2Сг + А1203, (алюмотермія) t° TiCl2 + 2Mg - Ti + 2MgCl2, (магнійтермія) t° W+3H20. (водородотермія) |Ц Гідрометалургія - це одержання металів із розчинів їх солей. Наприклад, при обробці розведеної сірчаною кислотою мідної руди, що містить оксид міді (І), мідь переходить у розчин у вигляді сульфату: CuO + H2S04 = CuS04 + Н20. Потім мідь витягають із розчину або електролізом, або витісненням за допомогою порошку заліза: CuS04 + Fe = FeS04 + Сі. [З] Електрометалургія – це способи отримання металів з їх розплавлених оксидів або солей за допомогою електролізу: електроліз 2NaCl – 2Na + Cl2. Запитання та завдання для самостійного вирішення 1. Вкажіть положення металів у періодичній системіД. І. Менделєєва. 2. Покажіть фізичні та хімічні властивості металів. 3. Поясніть причину спільності властивостей металів. 4. Покажіть зміну хімічної активності металів головних підгруп І та ІІ груп періодичної системи. 5. Яким чином змінюються металеві властивості у елементів ІІ та ІІІ періодів? Назвіть найтугоплавкіший і легкоплавкі метали. 7. Вкажіть, які метали зустрічаються в природі у самородному стані та які – лише у вигляді сполук. Чим це можна пояснити? 8. Яка природа сплавів? Як склад металу впливає його властивості. Покажіть на прикладах. Вкажіть найважливіші способиотримання металів із руд. 10l Назвіть різновиди пірометалургії. Які відновники використовують у кожному конкретному способі? Чому? 11. Назвіть метали, які одержують за допомогою гідрометалургії. У чому сутність та які переваги даного методуперед іншими? 12. Наведіть приклади одержання металів за допомогою електрометалургії. У якому разі використовують цей спосіб? 13. Якими є сучасні способи отримання металів високого ступеня чистоти? 14. Що таке «електродний потенціал»? Який з металів має найбільший і який найменший електродні потенціали у водному розчині? 15. Охарактеризуйте низку стандартних електродних потенціалів? 16. Чи можна витіснити металеве залізо із водного розчину його сульфату за допомогою металевого цинку, нікелю, натрію? Чому? 17. Яким є принцип роботи гальванічних елементів? Які метали можуть використовуватися в них? 18. Які процеси належать до корозійних? Які види корозії вам відомі? 19. Що називається електрохімічною корозією? Які засоби захисту від неї вам відомі? 20. Як впливає корозію заліза його контакти з іншими металами? Який метал руйнуватиметься першим на пошкодженій поверхні лудженого, оцинкованого та нікельованого заліза? 21. Який процес називають електролізом? Напишіть реакції, що відображають процеси, що відбуваються на катоді та аноді при електролізі розплаву натрію хлориду, водних розчинів хлориду натрію, сульфату міді, сульфату натрію, сірчаної кислоти. 22. Яку роль грає матеріал електродів під час перебігу процесів електролізу? Наведіть приклади процесів електролізу, що протікають з розчинними та нерозчинними електродами. 23. Сплав, що йде на виготовлення мідних монет, містить 95 % міді. Визначте другий метал, що входить у сплав, якщо при обробці однокопійкової монети надлишком соляної кислотивиділилося 62,2 мл водню (н. у.). алюміній. 24. Наважка карбіду металу масою 6 г спалена в кисні. При цьому утворилося 2,24 л оксиду вуглецю (IV) (н. у.). Визначте, який метал входив до складу карбіду. 25. Покажіть, які продукти виділяться при електролізі водного розчину нікелю сульфату, якщо процес протікає: а) з вугільними; б) із нікелевими електродами? 26. При електроліз водного розчину мідного купоросу на аноді виділилося 2,8 л газу (н. у.). Який це газ? Що і в якій кількості виділилося на катоді? 27. Складіть схему електролізу водного розчину нітрату калію, що протікає на електродах. Чому дорівнює кількість пропущеної електрики, якщо на аноді виділилося 280 мл газу (н. у.)? Що і в якій кількості виділилося на катоді?

Хімічні властивостіметалів: взаємодія з киснем, галогенами, сіркою та ставлення до води, кислот, солей.

Хімічні властивості металів обумовлені здатністю їх атомів легко віддавати електрони із зовнішнього енергетичного рівня, перетворюючись на позитивно заряджені іони. Таким чином, у хімічних реакціях метали проявляють себе енергійними відновниками. Це є їхньою головною загальною хімічною властивістю.

Здатність віддавати електрони в атомів окремих металевих елементів різна. Чим легше метал віддає свої електрони, тим він активніший, і тим енергійніше реагує з іншими речовинами. На основі досліджень усі метали були розташовані в ряд із зменшення їхньої активності. Цей ряд уперше запропонував видатний учений М. М. Бекетов. Такий ряд активності металів називають ще витісняючим рядом металів або електрохімічним рядом напруг металів. Він має такий вигляд:

Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Рt, Au

За допомогою цього ряду можна виявити, який метал є активним іншого. У цьому ряду є водень, який не є металом. Його видно властивості прийняті порівняння за своєрідний нуль.

Маючи властивості відновників, метали реагують із різними окислювачами, насамперед із неметалами. З киснем метали реагують за нормальних умов або при нагріванні з утворенням оксидів, наприклад:

2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

У цій реакції атоми магнію окислюються, атоми кисню відновлюються. Шляхетні метали, що знаходяться в кінці ряду, з киснем реагують. Активно відбуваються реакції з галогенами, наприклад, згоряння міді у хлорі:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

Реакції із сіркою, найчастіше відбуваються при нагріванні, наприклад:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Активні метали, що знаходяться в ряді активності металів у Mg, реагують з водою з утворенням лугів та водню:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

Метали середньої активності від Al до H2 реагують з водою в жорсткіших умовах і утворюють при цьому оксиди і водень:

Pb0+H+2O Хімічні властивості металів: взаємодія з киснем Pb+2O+H02.

Здатність металу реагувати з кислотами та солями в розчині залежить також від його положення у витіснювальному ряді металів. Метали, що стоять у витіснювальному ряді металів лівіше водню, зазвичай витісняють (відновлюють) водень з розведених кислот, а метали, що стоять правіше водню, його не витісняють. Так, цинк і магній реагують із розчинами кислот, виділяючи водень та утворюючи солі, а мідь не реагує.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0+H+2SO4 → Zn+2SO4+H02.

Атоми металів у цих реакціях є відновниками, а іони водню окислювачами.

Метали реагують із солями у водних розчинах. Активні метали витісняють менш активні метали зі складу солей. Визначити це по ряду активності металів. Продуктами реакції є нова сіль та новий метал. Так, якщо залізну пластинку занурити в розчин міді (II) сульфату, через деякий час на ній виділиться мідь у вигляді червоного нальоту:

Fe0+Cu+2SO4 → Fe+2SO4+Cu0.

Але якщо розчин міді (II) сульфату занурити срібну пластину, то жодної реакції не відбудеться:

Ag + CuSO4 ≠.

Для таких реакцій не можна брати занадто активні метали (від літію до натрію), які здатні реагувати з водою.

Отже, метали здатні реагувати з неметалами, водою, кислотами та солями. У всіх цих випадках метали окислюються та є відновниками. Для прогнозування перебігу хімічних реакцій за участю металів слід використовувати ряд витісняючих металів.