Общие химические свойства металлов. Цель работы - изучение химических свойств металлов.
Металлы - вещества, отличительной особенностью которых в конденсированном состоянии является наличие свободных, не связанных с определенными атомами, электронов, способных перемещаться по всему объему тела. Эта особенность металлического состояния вещества определяет собой всю совокупность свойств металлов. К общим физическим свойствам металлов относится их высокая электропроводность, высокая теплопроводность.
Изолированные атомы большинства металлов имеют на внешнем энергетическом уровне 1,2 или 3 электрона.
Лишь германий, олово, свинец имеют по 4 электрона, сурьма и висмут - по 5 электронов и только полоний - 6 электронов.
Химические свойства металлов. Химические свойства металлов определяются их способностью отдавать валентные электроны и превращаться в положительно заряженный ион. Сам металл при этом окисляется, являясь восстановителем Мерой восстановительной активности металлов является величина энергии ионизации, которая показывает, сколько надо затратить энергии для перевода нейтрального атома в положительный ион. Чем меньше величина энергии ионизации, тем активнее металл, тем сильнее выражена его восстановительная способность.
Металлы взаимодействуют при определенных условиях с кислородом, галогенами, углеродом, а затем с серой, фосфором, бором, мышьяком, образуя при этом соответственно окислы, галиды, карбиды, нитриды, сульфиды, фосфиды, бориды, арсениды. Отношение металлов к кислороду. Почти все металлы непосредственно взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды. Свойства оксидов определяются характером металлов.
Оксиды наиболее активных металлов обладают основными свойствами. Все оксиды делят на три большие группы основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды при взаимодействии с дают основания Кислотные оксиды, образованные металлами, при взаимодействии с дают кислоты Оксиды, проявляющие кислотные и основные свойства, называются амфотерными Отношение металлов к воде. Обладая, большим отрицательным значением стандартного электродного потенциала щелочные и щелочноземельные металлы при нормальных условиях легко окисляются водой.
Свойства гидроксидов определяются характером металла. Характер гидроксидов металлов одного периода изменяется от типичных основных через амфотерные соединения к кислотным. Отношение к щелочам. В водных растворах щелочей растворяются лишь те металлы, окислительно-восстановительные потенциалы взаимодействия которых с гидроксид ионами более отрицательны, чем потенциал восстановления воды 0,83В и которые образуют устойчивые анионные гидроксокомплексы.
Этим условиям удовлетворяют, например, цинк, алюминий, бериллий Процесс растворения металла в щелочи многостадиен и включает в себя следующие этапы 1. Растворение оксидной пленки на поверхности металла 2. Растворение металла, освобожденного от пленки в 3. Растворение амфотерного гидроксида в щелочи В итоге процессы взаимодействия металла со щелочами можно выразить суммарным уравнением Действие кислот на металлы. Почти все металлы окисляются кислотами.
Этот окислительно-восстановительный процесс зависит как от активности металла, так и от свойств и концентрации кислоты. Соляная и разбавленная серная кислоты окисляют только те металлы, которые стоят в ряду напряжений до водорода, т.к. роль окислителя в них играют ионы водорода, восстанавливающиеся до свободного водорода, например Концентрированная серная кислота окисляет при нагревании почти все металлы не окисляется только золото, платина и некоторые редкие металлы. Окислителем является ион, который в зависимости от активности металла восстанавливается до, свободной серы и даже сероводорода. Азотная кислота, как концентрированная, так и разбавленная окисляет почти все металлы. Окислителем в азотной кислоте является ион. Концентрированная азотная кислота восстанавливается малоактивными металлами например до оксида азота, а более активными металлами например, Fe, Zn, Mg до Алюминий, железо, хром при действии на них концентрированной азотной кислоты пассивируются. Покрываясь, тонкой пленкой оксида они перестают после этого подвергаться действию не только концентрированных, но и разбавленных кислот.
Вытеснение металлов друг другом. Способность металлов вытеснять, друг друга связана со значениями их стандартных потенциалов.
Металлы с более отрицательными потенциалами более сильные восстановители вытесняют металлы с более положительными потенциалами из растворов их солей, например Металлы могут вытеснять друг друга и из расплавов их солей или оксидов, например выделение железа и хрома из их оксидов, алюминием - алюминотермия . выделение сурьмы из ее сульфида железом - ферротермия выделение урана из его фторида барием - бариотермия Экспериментальная часть.
Опыт 1. Взаимодействие алюминия со щелочами. В пробирку насыпьте немного стружек алюминия и прилейте 30 раствора гидроксида натрия. Докажите опытным путем, что выделяющийся газ - водород. Напишите уравнение реакции, что в реакции принимает участие вода. Каков механизм растворения алюминия в щелочах? Какими значениями электродных потенциалов должны обладать металлы, взаимодействующие с. Опыт 2. Взаимодействие металлов с разбавленной и концентрированной серной кислотой.
А В три пробирки по кусочку положите металлического алюминия, цинка, меди, добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты. Исходя из положения этих металлов в ряду напряжений, сделайте предположительный вывод о возможности протекания реакции между этими металлами и разбавленной серной кислотой. После доказательства взаимодействия металлов с кислотой опытным путем, отметьте различие в скорости протекания реакций.
Исходя из ЭДС этих окислительно-восстановительных акций подсчитайте. Докажите опытным путем, какой газ выделяется в результате реакции. Составьте молекулярные и электронные балансы, укажите, какой ион является в этих реакциях окислителем. Б Поместите в пробирку кусочек меди и добавьте 5-6 капель концентрированной серной кислоты вытяжной шкаф. Какой газ образуется в результате реакции? Отметьте цвет раствора и сделайте вывод, какие ионы присутствуют в растворе.
Составьте молекулярные уравнения и электронный баланс. В Поместите в пробирку кусочек цинка и добавьте 5-6 капель концентрированной серной кислоты вытяжной шкаф. Пробирку немного подогрейте. Какой газ выделяется? Продолжайте нагревание. Наблюдается ли помутнение раствора? Объясните причину. Продолжайте нагревание. Почувствовали ли запах выделяющегося сероводорода? Напишите уравнения происходящих реакций между цинком и концентрированной серной кислотой, отличающиеся друг от друга продуктами восстановления серной кислоты.
Объясните разницу в действии концентрированной серной кислоты на цинк и медь, используя данные таблицы нормальных электродных потенциалов. В чем принципиальное отличие этих реакций от реакции взаимодействия их с разбавленной серной кислотой. Опыт 3. Взаимодействие металлов с разбавленной и концентрированной азотными кислотами. А В две пробирки поместите по кусочку меди и цинка и добавьте 5-6 капель концентрированной азотной кислоты вытяжной шкаф. Какой газ выделяется? Напишите молекулярное уравнение и составьте электронный баланс.
Исходя из значений электродных потенциалов, ответьте на вопрос, какие металлы взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой? Б В две пробирки положите по кусочку металлических цинка и меди. Добавьте в обе пробирки по 5-6 капель разбавленной азотной кислоты. Составьте молекулярные уравнения и электронно-ионные уравнения для процессов окисления-восстановления.
Контрольные вопросы. 1. Как меняется восстановительная активность металлов в зависимости от положения в ряду напряжений? 2. Как взаимодействуют металлы Fе, Zn, Mg с разбавленными кислотами 3. Как взаимодействуют металлы Al, Си, Fe, Zn, Mg с разбавленной ? 4. Как взаимодействуют металлы Аg, Сu, Zn c концентрированными кислотами 5. Как взаимодействуют металлы Zn, Al с растворами щелочей? 6. Как изменяется окислительная способность соединений металлов с высшим окислительным числом в ряду Работа 14.