Общие химические свойства металлов

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

Олимпиады: Химия 7 - 11 классы

Содержимое разработки

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+2O2.

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 оксиднатрий – преимущественно пероксидкалий и остальные металлы – надпероксид.

4Li   +   O2   =   2Li2O

2Na  +  O =  Na2O2

K   +   O  =   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+S0Zn+2S2.

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+Cl022Na+1Cl1.

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+N022Li+13N3.

  С азотом литий реагирует при комнатной температуре с образованием нитрида

С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида:

2Al +N→ 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+2P0Ca+23P32.

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  +  H =  2NaH

 Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения — гидридыБериллий с водородом не взаимодействуетмагний реагирует лишь при повышенном давлении.

Mg + H→ 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+12O2→2Na+1O2H+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  +  3H2(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+12O2 Fe3O4 (Fe+2O2⋅Fe+32O23) +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+12SO24Al+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+2SO24Fe+2SO24+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), спиртамифенолом и органическими кислотами.

Например, при взаимодействии лития с аммиаком образуются амиды и водород:

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H

 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).

Напримерхлорметан 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] + 3H

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H

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

2FeCl  +   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(очразб.) = 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 сероводородасульфата цинка и воды:

4Zn  +  5H2SO4(конц.)  →  4ZnSO4    +   H2S  +   4H2O

2Cr  +  6H2SO4   →   Cr2(SO4)3  +  3SO2  +  6H2O

2Fe + 6H2SO4(конц.)   →  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Получите свидетельство о публикации сразу после загрузки работы



Получите бесплатно свидетельство о публикации сразу после добавления разработки


Комплекты учителю



Качественные видеоуроки, тесты и практикумы для вашей удобной работы


Подробнее

Вебинары для учителей



Бесплатное участие и возможность получить свидетельство об участии в вебинаре.


Подробнее