Общие химические свойства металлов
Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:
благородные металлы (серебро, золото, платина);
щелочные металлы (металлы, образованные элементами IА группы периодической системы);
щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).
Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются восстановителями. Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).
Ряд активности металлов
| Li,K,Ba,Ca,Na, | Mg,Al,Mn,Zn,Cr,Fe,Ni,Sn,Pb | H2 | Cu,Hg,Ag,Pt,Au |
| активные металлы | металлы средней активности |
| неактивные металлы |
1. Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.
2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые в ряду активности стоят после него (правее).
3. Металлы, находящиеся в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
4. Щелочные и щелочноземельные металлы в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.
Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами
1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.
Металл + кислород → оксид.
Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:
2Mg0+O02→2Mg+2O−2.
Магний горит на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:
2Mg + O2 → 2MgO
3Mg + N2 → Mg3N2
При взаимодействии с кислородом железо образует окалину – двойной оксид железа (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
При взаимодействии с кислородом каждый щелочной металл проявляет свою индивидуальность: при горении на воздухе литий образует оксид, натрий – преимущественно пероксид, калий и остальные металлы – надпероксид.
4Li + O2 = 2Li2O
2Na + O2 = Na2O2
K + O2 = KO2
Обрати внимание!
Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.
2. Металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.
Металл + сера → сульфид металла.
Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка:
Zn0+S0→Zn+2S−2.
Cu + S → CuS
3. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.
Металл + галоген → галогенид металла.
Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:
2Na0+Cl02→2Na+1Cl−1.
Железо реагирует с галогенами с образованием галогенидов. При этом активные неметаллы (фтор, хлор и бром) окисляют железо до степени окисления +3:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Менее активный йод окисляет железо до степени окисления +2:
Fe + I2 → FeI2
4. Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и некоторыми другими неметаллами.
Например, при взаимодействии лития с азотом образуется нитрид лития:
6Li0+N02→2Li+13N−3.
С азотом литий реагирует при комнатной температуре с образованием нитрида
С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида:
2Al +N2 → 2AlN
2Cr + N2 → 2CrN
6Fe + N2 → 2Fe3N
С азотом, углеродом и кремнием медь не реагирует:Cu + N2 ≠
С азотом цинк непосредственно не реагирует. Zn + N2 ≠
При взаимодействии кальция с фосфором образуется фосфид кальция:
3Ca0+2P0→Ca+23P−32.
3Zn + 2P → Zn3P2
Cr + P → CrP
Fe + P → FeP
5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:
4Al + 3C → Al4C3
Ca + 2C → CaC2:
2Be + C → Be2C
3Fe + C → Fe3C
Cu + C ≠
Cu + Si ≠
6. Щелочные металлы активно реагируют с водородом (очень активно). При этом образуются бинарные соединения — гидриды:
2Na + H2 = 2NaH
Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения — гидриды. Бериллий с водородом не взаимодействует, магний реагирует лишь при повышенном давлении.
Mg + H2 → MgH2
Хром и медь не взаимодействуют с водородом. Cr + H2 ≠
Cu + H2 ≠
Al + H2 ≠
Взаимодействие со сложными веществами
1. Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя растворимое в воде основание (щёлочь) и водород.
Активный металл + вода → щёлочь + водород.
Например, при взаимодействии натрия с водой образуются гидроксид натрия и водород:
2Na0+2H+12O−2→2Na+1O−2H+1+H02.
2Ca0 + 2H2+O = 2Ca+2(OH)2 + H20
2Mg + 2H2+O = 2 Mg +2(OH)2 + H20 (реакция идёт при нагревании)
2Al0 + 6H2+O → 2Al+3(OH)3 + 3H20
Медь в сухом воздухе и при комнатной температуре не окисляется, но во влажном воздухе, в присутствии оксида углерода (IV) покрывается зеленым налетом карбоната гидроксомеди (II):
2Cu + H2O + CO2 + O2 = (CuOH)2CO3
Обрати внимание!
Некоторые металлы средней активности реагируют с водой при повышенной температуре, образуя оксид металла и водород.
Например, раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe3O4 и водород:
Zn0 + H2+O → Zn+2O + H20
2Cr + 3H2O (пар) → Cr2O3 + 3H2
При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Раскаленное железо может вступать в реакцию при температуре 700-900оС с водяным паром:
3Fe0+4H+12O−2→ Fe3O4 (Fe+2O−2⋅Fe+32O−23) +4H02.
В воде в присутствии кислорода или во влажном воздухе железо медленно окисляется (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
2. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.
Например, при взаимодействии кальция с оксидом кремния (IV) образуются кремний и оксид кальция:
2Ca + SiO2 → 2CaO + Si
Магний горит в атмосфере углекислого газа. При этом образуется сажа и оксид магния:
2Mg + CO2 → 2MgO + C
3. Mеталлы, стоящие в ряду активности металлов левее водорода, взаимодействуют с растворами кислот, образуя соль и водород.
Металл + кислота → соль + водород.
Например, при взаимодействии алюминия с серной кислотой образуются сульфат алюминия и водород:
2Al0+3H+12SO−24→Al+32(SO4) −23+3H02.
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
4. Металлы реагируют с солями менее активных металлов в растворе, образуя соль более активного металла и менее активный металл в свободном виде.
Более активный металл + соль → соль более активного металла + менее активный металл.
Например, при взаимодействии железа с сульфатом меди(II) образуются сульфат железа(II) и медь:
Fe0+Cu+2SO−24→Fe+2SO−24+Cu0.
Обратите внимание!
В растворе щелочные и щелочноземельные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.
5. Щелочные металлы могут реагировать даже с веществами, которые проявляют очень слабые кислотные свойства. Например, с аммиаком, ацетиленом (и прочими терминальными алкинами), спиртами, фенолом и органическими кислотами.
Например, при взаимодействии лития с аммиаком образуются амиды и водород:
2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2 ↑
Ацетилен с натрием образует ацетиленид натрия и также водород:
Н ─ C ≡ С ─ Н + 2Na → Na ─ C≡C ─ Na + H2
Фенол с натрием реагирует с образованием фенолята натрия и водорода:
2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2↑
Метанол с натрием образуют метилат натрия и водород:
2СН3ОН + 2Na → 2 CH3ONa + H2↑
Уксусная кислота с литием образует ацетат лития и водород:
2СH3COOH + 2Li → 2CH3COOOLi + H2↑
Щелочные металлы реагируют с галогеналканами (реакция Вюрца).
Например, хлорметан с натрием образует этан и хлорид натрия:
2CH3Cl + 2Na → C2H6 + 2NaCl
6. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑
Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:
2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2 ↑
Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):
2Al + 6NaOH → NaAlO2 + 3H2↑ + Na2O
При взаимодействии цинка с раствором щелочи образуется тетрагидроксоцинкат и водород:
Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2
Цинк реагирует с расплавом щелочи с образованием цинката и водорода:
Zn + 2NаОН(крист.) Nа2ZnО2 + Н2
В отличие от алюминия, цинк растворяется и в водном растворе аммиака:
Zn + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2
Простое вещество железо восстанавливает железо до степени окисления +2 при взаимодействии с соединениями железа +3:
2Fe(NO3)3 + Fe → 3Fe(NO3)2
2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4
Медь окисляется оксидом азота (IV) и солями железа (III)
2Cu + NO2 = Cu2O + NO
2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2
Металлы с азотной и концентрированной серной кислотой
концентрированной азотной кислотой
8Na + 10HNO3 (конц) → N2O + 8NaNO3 + 5H2O
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Zn + 4HNO3(конц.)→ Zn(NO4)2 + 2NO2 + 2H2O
Cr + 6HNO3 → Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
С разбавленной азотной кислотой
10Na + 12HNO3 (разб)→ N2 +10NaNO3 + 6H2O
4Ca + 10HNO3 (конц) → N2O + 4Сa(NO3)2 + 5H2O
10Al + 36HNO3 (разб) → 3N2 + 10Al(NO3)3 + 18H2O
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Fe + 4HNO3(разб.гор.) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
с очень разбавленной азотной кислотой
8Na + 10HNO3 = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O
4Ba + 10HNO3 → 4Ba(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
8Al + 30HNO3(оч.разб.) → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
4Zn + 10HNO3(оч. разб.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
с концентрированной серной кислотой
8Na + 5H2SO4(конц.) → 4Na2SO4 + H2S + 4H2O
4Ca + 5H2SO4(конц.) → 4CaSO4 + S + 5H2O
2Al + 6H2SO4(конц.) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
При нагревании гранулированного цинка
Zn + 2H2SO4(конц.) → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Порошковый цинк реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием сероводорода, сульфата цинка и воды:
4Zn + 5H2SO4(конц.) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
2Cr + 6H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
2Fe + 6H2SO4(конц.) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
