Учебно - методический комплекс по химии Металлы

Министерство образования Республики Карелия

ГАОУ СПО РК «Сортавальский колледж»

Учебно - методический комплекс

по учебной дисциплине «Химия»

Раздел: Химия металлов

для специальности

111801.51 «Ветеринария»

Подготовила преподаватель:

Степанова Н.В.

Учебно -методический комплекс

утвержден на заседании предметной

комиссии зооветеринарных дисциплин

протокол № ___от _____

Председатель комиссии ________Крылова Н.Б.

Сортавала 2013

Стр.

Содержание:

Пояснительная записка………………………………………………………………………..3

Содержание программы учебной дисциплины …………………………………………….5

Занятие №1.«Общие сведения о металлах…………………………………………………..6

Занятие №2. «Общая характеристика металлов главных подгрупп

I-II групп ПСХЭ Д.И.Менделеева…………………………………………………………..18

Занятие №3.Общая характеристика алюминия…………………………………………...26

Занятие №4. Металлы побочных подгрупп (переходные металлы).

Свойства химических элементов. ………………………………………………………….32

Занятие №5. Железо. Соединения железа. Понятие о сплавах…………………………..37

Занятие №6. «Химическая и электрохимическая коррозия металлов.

Защита от коррозии»………………………………………………………………………….45

Занятие 7. Тема. Решение задач разного типа……………………………………………...54

Занятие 8.Лабораторная работа №4. Свойства железа и его соединений………………61

Занятие 9.Практическая работа №7.Решение задач на примеси…………………………63

Контрольные вопросы, задания и тест для отработки

пропусков по теме: «Химия металлов»…………………………………………………..65

Глоссарий……………………………………………………………………………………..69

Список литературы…………………………………………………………………………..70

Пояснительная записка

Учебно - методический комплекс по учебной дисциплине « Химия» предназначен для изучения раздела « Химия металлов» для специальности « Ветеринария» для студентов 1 курсов.

Учебно - методический комплекс составлен в соответствии с утвержденной рабочей программой основной профессиональной образовательной программы (ОПОП) в соответствии с требованиями федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования базового уровня.

Цели учебно - методического комплекса. Данный учебно - методический комплекс ориентирован на достижение следующих целей:

Образовательные: сформировать представления о металлах как химических элементах и металлах как простых веществах. Познакомить учащихся со строением и общими свойствами металлов, исходя из положения их в ПСХЭ и строения атомов.

Дать понятия о металлической связи и металлической кристаллической решетки, некоторые способы получения металлов. Обобщить знания учащихся о физических и химических свойствах металлов. Рассмотреть деление металлов на группы, изучить особенности свойств элементов первых трёх главных подгрупп (щелочных, щёлочноземельных и алюминий), а так же металлических d - элементов побочных подгрупп (на примере железа, марганца и хрома).

Развивающие: совершенствовать умения учащихся обобщать, делать выводы, анализировать, сравнивать, устанавливать причинно-следственную зависимость между составом, строением и свойствами веществ.

Воспитательные: создание условий для осознания необходимости грамотного отношения к своему здоровью и окружающей среде.

В результате освоения раздела « Химия металлов» студент должен знать:

положение металлов в периодической системе, особеннос­ти строения их атомов; состав, свойства, получение и применение важнейших химических соединений металлов; общие и специфические свойства металлов главных подгрупп I - III групп; свойства предста­вителей металлов побочных подгрупп периодической системы - желе­за, марганца и хрома; понятие о коррозии и способы защиты метал­лов от коррозии

уметь: составлять электронные формулы атомов металлов малыx и больших периодов; определять свойства металла в зависимости от его положения в электрохимическом ряду напряжений; находить сходство и различие в свойствах металлов одной группы; объяснять явление амфотерности на примере оксидов и гидроксидов алюминия; применять понятия: кристаллические решетки металлов, электрохими­ческий ряд напряжений металлов; выполнять химические опыты, подт­верждающие свойства изученных металлов и их важнейших соединений.

Место в структуре других наук.

Учебно - методический комплекс по разделу« Химия металлов» закладывает основы знаний для освоения дисциплин: « Биология» Тема: «Химический состав в клетке». «Экология» «Влияние тяжелых металлов на здоровье».

Содержание учебно - методического комплекса.

Учебно - методический комплекс по разделу « Химия металлов» рассчитан на 18 часов.

Состоит из 9 занятий: 7 теоретических и 2 лабораторно - практических занятий.

Предлагаемый учебно - методический комплекс содержит разнообразные формы контроля знаний: текстовые задания, карточки, расчетные задачи, обобщающие тесты по теме.

Текстовые задания и карточки составлены с учетом разноуровневого подхода к оценке

учебных достижений учащихся. К каждому тестовому заданию приведены четыре ответа, учащиеся могут выбрать только один правильный. Тестовые задания разработаны для нескольких вариантов. Наличие нескольких вариантов тестов позволяет преподавателю более эффективно проверять уровень усвоения учебного материала, обучать учащихся первоначальному умению выполнять тесты, правильно организовывать самостоятельную работу.

Данный учебно - методический комплекс включает задания для отработки пропущенных занятий.

Представленный учебно - методический комплекс предназначен для преподавателей химии, а также может быть использован студентами всех специальностей, изучающих учебную дисциплину « Химия».

Содержание программы учебной дисциплины « Химия».

Металлы. Положение металлов в периодической системе. Особенности строения атомов и кристаллов. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов. Общие способы получения металлов. Понятие о металлургии. Пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия. Сплавы черные и цветные.

Металлы главных подгрупп. Их свойства и применение. Природные соединения металлов 1-3 группы главных подгрупп и их применение. Общая характеристика алюминия.

Металлы побочных подгрупп( хром, марганец). Общая характеристика железа и его соединений. Их участие в окислительно-восстановительных реакциях. Важ­нейшие сплавы железа: чугун, сталь. Коррозия металлов. Экология металлов и их соединений. Решение задач разного типа.

Лабораторная работа. Свойства железа и его соединений.

Практическая работа. Решение задач на примеси.

Распределение занятий по темам:

1. Положение металлов в периодической системе и особенности электронного строения их атомов. Физические и химические свойства металлов. Оксиды и гидроксиды металлов.

2. Общая характеристика металлов главных подгрупп I-III групп ПСХЭ Д.И.Менделеева. Характеристика простых веществ и их соединений: натрий, каль­ций

3. Общая характеристика алюминия.

4. Металлы побочных подгрупп (хром, марганец). Свойства химических элементов. Ха­рактеристика важнейших соединений хрома, марганца

5. Железо и его соединения. Понятие о сплавах.

6. Коррозия металлов.

7. Решение задач разного типа.

8. Практическое занятие 6. Составление уравнений. Решение задач.

9. Лабораторная работа 4. Свойства железа и его соединений.

Занятие №1

Тема: «Общие сведения о металлах»

План лекции

1. Положение металлов в периодической системе.

2. Особенности электронного строения их атомов.

3. Металлическая химическая связь. Металлическая кристаллическая решётка.

4. Физические свойства металлов

5. Химические свойства металлов.

6. Способы получения металлов.

1. Особенности электронного строения металлов.

Металлы - это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Металлы - восстановители Ме⁰ - nе = Меⁿ⁺. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя (в основном 1 - 3), большим радиусом атомов, вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.

2. Положение металлов в ПСХЭ.

Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ - металлы (92 из 114).

Металлы размещены в левом нижнем углу ПСХЭ. Это все элементы, расположенные ниже диагонали В - Аt, даже те у которых на внешнем слое 4 электрона (Je, Sn, Pb), 5 электронов (Sb, Di), 6 электронов ( Po), так как они отличаются большим радиусом. Среди них есть s и p-элементы - металлы главных подгрупп, а также d и f металлы, образующие побочные подгруппы.

В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней.

Закономерности в изменении свойств элементов - металлов.Признаки сравнения

В главной подгруппе

В периоде

Число электронов на внешнем слое

не изменяется

увеличивается

Радиус атома

увеличивается

уменьшается

Электроотрицательность

уменьшается

увеличивается

Восстановительные свойства

усиливаются

уменьшаются

Металлические свойства

усиливаются

уменьшаются

У элементов - металлов побочных подгрупп свойства чуть-чуть другие.

В побочных подгруппах (Cu, Ag, Au) - активность элементов - металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Cd, Hg. У элементов побочных подгрупп - это элементы 4-7 периодов - с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменятся мало, а величина заряда ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

3. Металлическая химическая связь. Кристаллические решетки.

Связь в металлах между («атом-ионами») посредством (большого количества не связанных с ядрами подвижных электронов) называется (металлической связью).

Все металлы являются кристаллическими телами, имею­щими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью.

Тип ре­шетки определяется формой элементарного геометриче­ского тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристал­лического тела.

кубическая

(1 атом на ячейку)

а)

объемно-центрированная кубическая (ОЦК)

(2 атома на ячейку)

б)

гранецентрированная кубическая (ГЦК)

(4 атома на ячейку)

в)

гексагональная плотноупакованная (ГП)

(6 атомов на ячейку)

г)

Рис. Основные типы кристаллических решеток металлов

Обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки:

- сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делаколизована;

- валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;

- металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью.

4. Физические свойства металлов

В соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами.

а) твердость - все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие - натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром - царапает стекло.

б) плотность. Металлы делятся на мягкие (5г/см³) и тяжелые (меньше 5г/см³).

в) плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.

г) электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и это мешает движению электронов, и электропроводность металлов падает.

д) металлический блеск - электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло. Поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо-белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый цвет. Самые блестящие металлы - ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме Al и Mg, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.

е) пластичность. Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Некоторые металлы, например, железо, титан, олово и др. способны по достижении определенных температур изменять кристаллическое строение. Это явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными.

5. Химические свойства металлов.

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов: чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.

А) Взаимодействие с неметаллами (в названиях полученных веществ окончание

-иды)

2Mg⁰+O₂⁰->2Mg²⁺O^2- (оксид магния) Mg⁰-2e^- ->Mg²⁺ 2 восстановитель

2O⁰+4e^- ->2O^2- 1 окислитель

Fe⁰+S⁰->Fe²⁺S^2- (сульфид железа II)

Fe⁰-2e^- ->Fe²⁺ 1 восстановитель

S⁰+2e^- ->S^2- 1 окислитель

Б) Взаимодействие с водой

Самые активные металлы реагируют с водой при обычных условиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания и выделяется водород

2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂

2Li⁰+2H₂⁺O^2- -> 2Li⁺O^2-H⁺ + H₂⁰

Li⁰-1e^- ->Li⁺ 2 восстановитель

2H⁺+2e^- ->2H⁰ 1 окислитель

Li - восстановитель.

Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре с выделением водорода и образованием оксида соответствующего металла Zn + H₂O = ZnO +H₂

В) Взаимодействие с растворами кислот. Происходит при соблюдении ряда условий

• Металл должен находиться левее в ряду напряжений металлов;

• В результате реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется осадком и доступ кислоты к металлу прекратиться;

• Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе кислоты;

• По особому взаимодействуют с металлами концентрированные азотная и серная кислоты;

2H⁺Cl^- +Zn0 ->Zn²⁺Cl2^- +H₂0

H⁺+1e^- ->H⁰ ₂ окислитель

Zn⁰-2e^- ->Zn²⁺ восстановитель

Г) Взаимодействие с растворами солей. При этом соблюдаются следующие условия

• Металл должен находиться в ряду напряжений левее металла, образующего соль;

• В результате реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется осадком и доступ кислоты к металлу прекратиться;

• Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе соли;

Fe⁰+Cu²⁺Cl₂^- ->Fe²⁺Cl₂^- +Cu⁰

Fe⁰-2e^- ->Fe²⁺ восстановитель

Д) Взаимодействие со щелочами (только амфотерные)

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂ [Be (OH) ₄] + H₂

Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.

Е) Взаимодействие с оксидами металлов (металлотермия).

Некоторые активные металлы способны вытеснять другие металлы из их оксидов при поджигании смеси.

2Al⁰ + Fe₂O₃ = Al₂O₃ +2Fe⁰

Ж) Коррозия (будет рассмотрена на другом занятии).

6. Способы получения металлов

Существуют несколько основных способов получения - металлов.

а) Пирометаллургия - это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей (C, CO, H₂, Al, Mg и др.).

- из их оксидов углем или оксидом углерода (II)

ZnО + С = Zn + СО

Fе₂О₃ + ЗСО = 2Fе + ЗСО₂

- водородом

WO₃ + 3H₂ =W + 3H₂O

СоО + Н₂ = Со + Н₂О

- алюминотермия

4Аl + ЗМnО₂ = 2А1₂О₃ + ЗМn



б) Гидрометаллургия - это получение металлов, которое состоит из двух процессов: сначала природное соединение металла (оксид) растворяют в кислоте, в результате чего получают соль металла. Затем из полученного раствора необходимый металл вытесняют более активным металлом. Например:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu.

Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем):

2ZnS + ЗО₂ = 2ZnО + 2SО₂

ZnО + С = СО + Zn

в) Электрометаллургия - это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений. Роль восстановителя при этом играет электрический ток.

СuСl₂ -> Сu²+ 2Сl^-

Катод (восстановление): Сu²⁺ - 2е^- = Сu⁰

Анод (окисление): 2Cl^- - 2е^- = Сl°₂

Закрепление знаний

Контрольные вопросы

1. Где расположены металлы в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева?

2. Каковы особенности строения атомов металлов?

3. В чём различие в строении внешнего энергетического уровня у металлов и неметаллов?

4. Сколько наружных электронов имеют атомы металлов главных и побочных подгрупп?

5. В каких формах могут находиться металлы в природе?

6. Как устроена кристаллическая решетка металлов?

7. Каковы физические свойства металлов?

8. Как можно получить металлы из их соединений?

9. Как ведут себя атомы металлов в химических реакциях и почему?

10. Какие свойства - окислителей или восстановителей - проявляют металлы в химических реакциях?

11. Расскажите об электрохимическом ряде напряжений металлов.

12. Перечислите реакции, в которые могут вступать металлы.

13. Каково значение металлов в жизни человека?

Проверки знаний

Тест по теме « Металлы»

Вариант 1

В тесте для каждого задания один вариант правильного ответа.А) магния и калия,

Б) калия и стронция,

В) галлия и магния

Металлические свойства натрия слабее, чем у

А) магния и калия,

Б) калия и рубидия,

В) лития и магния

К металлам средней активности относятся

А) Fe, Zn, Be, Pb;

Б) Li, Ba, Cu, Ag,

В) Ca, Вe, Na, Li;

Неактивные металлы с водой…

А) реагируют при нагревании;

Б) не реагируют;

В) реагируют при нормальных условиях

С хлороводородной кислотой взаимодействуют

А) литий, кальций, железо;

Б) серебро, магний, медь;

В) цинк, ртуть, никель.

В химических реакциях Fe²⁺выполняет роль

А) окислителя;

Б) восстановителя;

В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий.

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения:

Zn + 2HCl→

А) Zn²⁺+2Cl^-→ ZnCl₂

Б) Zn²⁺+2H⁺→ Zn⁰ + H₂⁰

В) Zn⁰+2H⁺→Zn²⁺+H₂⁰

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения: Fe(NO₃)₂+K₃PO₄

А) 2Fe³⁺ + 3PO₄^2- Fe₂(PO₄)₃

Б) 3Fe²⁺ +2 PO₄^3- Fe₃(PO₄)₂

В) Fe²⁺ + PO₄^2- Fe PO₄

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции:

Li+H₂LiH

А) H₂⁰ -2e^- 2H^-

Б) H₂⁰ +2e^- 2H^-

В) H₂⁰ - 2e^-2H⁺

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции:

Ca+ Br₂CaBr₂

А) Br ₂⁰+2e^-2 Br ^-

Б) Br ₂⁰+2e^- Br₂ ^-

В) 2Br^- - 2e^- Br ₂⁰

Тест по теме «Металлы»

Вариант 2А) 2 электрона на последнем электронном слое;

Б) 1 электрон на последнем электронном слое;

В) одинаковое число электронных слоев.

Восстановительные свойства алюминия слабее, чем у

А) кремния и бора,

Б) галлия и кремния;

В) магния и натрия.

К активным металлам относятся

А) Cu, Ag, Hg, Pb;

Б) Ca, Вe, Na, Li;

В) Ca, Na, Li, Ba..

Не реагируют с водой

А) золото, ртуть, платина

Б) железо, цинк, медь;

В) литий, кальций, натрий

Железо не взаимодействует с

А) соляной кислотой;

Б) кислородом воздуха;

В) оксидом калия.

В химических реакциях металлы Ме⁰ выполняют роль

А) восстановителей;

Б) окислителей;

В) окислителей и восстановителей .

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения: Ва+HCl

А) Ba²⁺+2Cl^-  ВаCl₂

Б) Ba⁰ +2H⁺ Ba²⁺+H₂⁰

В) Ba²⁺+2H⁺ Ba⁰+H₂⁰

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения: Fe(OH)₂+2HNO₃→

А) Fe (OH)₂+2H⁺→ Fe ²⁺+2H₂O

Б) OH^-+H⁺→H₂O

В) Fe ²⁺+2NO₃^-→ Fe (NO₃)₂

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции:

Na+ H₂O  NaOH + H₂

А) H₂⁺+2e^- H₂⁰;

Б) Na⁰ -e^- Na⁺;

В) H₂⁰ - 2e^-2H⁺

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции:

Ca+H₂CaH₂

А) 2H⁺+2e^- H₂⁰

Б) H₂⁰ +2e^- 2H^-

В) H₂⁰ - 2e^-2H⁺

Тест по теме «Металлы»

Вариант 3

В тесте - один вариант правильного ответа.Б) 3 электрона на последнем электронном слое;

В) одинаковое число электронных слоев.

Металлические свойства магния сильнее, чем у

А) бериллия и алюминия,

Б) бериллия и натрия;

В) кальция и натрия.

К неактивным металлам относятся

А) алюминий, медь, цинк;

Б) ртуть, серебро, медь;

В) кальций, бериллий, серебро.

Металлы средней активности взаимодействуют с водой с образованием

А) только гидроксида металла;

Б) основания и водорода;

В) оксида металла и водорода.

С кислородом воздуха легко взаимодействуют

А) железо, цинк, медь;

Б) золото, ртуть, платина;

В) литий, кальций, франций.

Al³⁺ в химических реакциях выполняет роль

А) окислителя;

Б) восстановителя;

В) окислителя или восстановителя.

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения: Na+HCl→

А) Na⁺+Cl^-→NaCl;

Б) Na⁰+H⁺→Na⁺+H⁰;

В) 2Na⁰+2H⁺→2Na⁺+H₂⁰

Найдите сокращенное ионное уравнение, соответствующее левой части молекулярного уравнения: Fe₂O₃+HCl

А) Fe₂O₃+6H⁺ 2Fe³⁺ +3H₂O

Б) 2Fe³⁺ + O₃²⁺ +6 H⁺  Fe³⁺ + 3Н₂О

В) Fe₂O₃+6H⁺ 2Fe²⁺ + 3Н₂О

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции.

Ca+H₂O  Ca(OH)₂+H₂

А) H₂⁰ +2e^- 2H^-

Б) H₂⁰ - 2e^-2H⁺

В) 2H⁺+2e^- H₂⁰

Найдите электронное уравнение, соответствующее данной схеме реакции.

Fe+HClFeCl₂ + H₂

А) 2Н⁺ - 2e^- Н₂⁰

Б) Fe⁰ -2e^- Fe²⁺

В) Fe⁰ +2e^- Fe²⁺

Ответы к тесту по теме «Металлы»

вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

В

Б

А

Б

А

В

В

Б

Б

А

2

Б

В

В

А

В

А

Б

А

Б

Б

3

Б

А

Б

В

В

А

В

А

В

Б

Карточки задания для индивидуальной работы

Карточка №1

1.Электронная формула кальция.

а) 1S² 2S² 2P 3S¹ б) 1S² 2S²2P 3S²

в) 1S² 2S² 2P 3S² 3P 4S¹ г) 1S² 2S² 2P 3S ²3P 4S²

2.Электронную формулу 1S²2S² 2P 3S² 3P 4S² имеет атом:

а)Na б)Са в)Cu г)Zn

3.Электронная формула наиболее активного металла:

а) 1S² 2S² б) 1S² 2S² 2P 3S²

в) 1S² 2S² 2P 3S² 3P 3d 4S² г) 1S² 2S² 2P 3S² 3P 4S²

4.Металлы при взаимодействий с неметаллами проявляют свойства:

а) окислительные; б) восстановительные;

в) и окислительные, и восстановительные;

г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях

5.В периодической системе типичные металлы расположены в:

а) верхней части б) нижней части

в) правом верхнем углу г) левом нижнем углу

Карточка №2

1.Группа элементов, содержащая только металлы:

а) Li, Be, В; б) К, Са, Sr;

в) Н, Na, Си; г) Se, Те, Ро.

2.В ряду элементов Ва-Sr-Са-Mg восстановительные свойства:

а) усиливаются; б) ослабевают;

в) не изменяются; г) сначала усиливаются, затем ослабевают.

3.Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атома алюминия:

а) 3s²3p^l б) 3s²3p²

в) 3 s²4p¹ г) 4р³

4. Кальций может взаимодействовать с каждым веществом пары:

а) сера и гидроксид натрия б) вода и кислород

в) углерод и магний г) хлорид калия и серная кислота

Карточка №3

1. Группа элементов, содержащая только металлы:

а) В, С, N; б) Fe, Со, С1;

в) Na, Mg, AI; г) W, Zn, Se.

2.В ряду элементов Na-Mg-Al-Si восстановительные свойства:

а) усиливаются; б) ослабевают;

в) не изменяются; г) сначала усиливаются, затем ослабевают.

3.Металл, имеющий конфигурацию валентных электронов 3d¹4s², - это:

а) скандий; б) галлий;

в) цинк; г) алюминий.

4. Магний может взаимодействовать с каждым веществом пары:

а) бром и гидроксид натрия б) соляная кислота и кислород

в) вода и сульфат кальция г) хлорид калия и серная кислота

Карточка №4

1.Группа элементов, содержащая только металлы:

а) Н, Li, В; б) Al, Са, Si;

в) Мп, Сг, Си; г) CI, Br, I.

2.В ряду элементов Li-Na-К-Rb восстановительные свойства:

а) усиливаются; б) ослабевают;

в) не изменяются; г) сначала усиливаются, затем ослабевают.

3.Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атома стронция:

а) 6s²; б) 5s²;

в) 5s^l5p^l; г) 6р².

4 Натрий получают из хлорида натрия:

а) электролизом расплава NaCl

б) электролизом раствора NaCl

в) восстановлением с помощью магния

г) восстановлением с помощью водорода

Карточка №5

1. Группа элементов, содержащая только металлы:

а) Са, Sc, Ti; б)Ag, Au, As;

в) N, О, Al; г)Pb, Sn, Si.

2. С водой взаимодействует оксид, формула которого:

а) СаО; б) СuО; в) Fe₂O₃; г) ZnO.

3. Наиболее сильные основные свойства проявляет гидроксид:

а) алюминия; б) магния;

в) натрия; г) калия.

4. Не является амфотерным гидроксидом вещество, формула которого:

а) Сг(ОН)₃; б) А1(0Н)₃;

в) Мn(ОН)₂; г) Ве(ОН)₂

Карточка № 7

Закончите уравнения реакций:

1) Mg+ H₂SO₄→

2) CaO+ H₂O →

3) KOH+SO₂ →

4) K₂CO₃ +HNO₃ →

Карточка № 8

Закончите уравнения реакций:

1) Na+ H₂O →

2) NaOH+ H₃PO₄ →

3) Zn+Pb(NO₃)₂ →

4) K₂SO₄ +BaCl₂ →

Карточка №9

Закончите уравнения реакций:

1) Zn+ HCl →

2) LiCl+ AgNO₃ →

3) HCl+Fe(OH)₃ →

4) H₂SO₄ +Mg(OH)₂ →

Карточка № 10

Закончите уравнения реакций:

1) NaOH+ HNO₃ →

2) Mg+ O₂ →

3) HCl+Fe(OH)₃ →

4) Fe₂O₃ +Al →

Карточка № 11

Закончите уравнения реакций:

1) CuO+ H₂ →

2) HCl+ Cu(OH)₂ →

3) Cu+AgNO₃ →

4) H₂O +Ca →

Занятие №2

Общая характеристика металлов главных подгрупп I-II групп ПСХЭ Д.И.Менделеева.

План лекции:

1.Характеристика металлов главной подгруппы I группы

2. Характеристика элементов главной подгруппы II группы

1.Характеристика металлов главной подгруппы I группы.

Главную подгруппу I группы периодической системы составляют: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.

Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнем электронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляя степень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильными восстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электрон внешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силы притяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдаче этого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом ряду напряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода.

Все щелочные металлы в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки, быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги, чаще всего под керосином. Щелочные металлы образуют соединения с преимущественно ионной связью.

Оксиды щелочных металлов - твердые гигроскопичные вещества, легко взаимодействующие с водой. При этом образуются гидроксиды - твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Соли щелочных металлов, как правило, тоже хорошо растворяются в воде.

Химические свойства

1. Активно взаимодействуют с водой:

2Na + 2H₂O 2NaOH + H₂

2Li + 2H₂O 2LiOH + H₂

2. Реакция с кислотами:

2Na + 2HCl 2NaCl + H₂

3. Реакция с кислородом: На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).

4Li + O₂ 2Li₂O(оксид лития)

2Na + O₂ Na₂O₂(пероксид натрия)

K + O₂ KO₂(надпероксид калия)

4. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl₂ = 2LiCl(галогениды)

2Na + S = Na₂S(сульфиды)

2Na + H₂ = 2NaH(гидриды)

6Li + N₂ = 2Li₃N(нитриды)

2Li + 2C = 2Li₂C₂(карбиды)

5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета:

Li+ - карминово-красный

Na+ - желтый

K+, Rb+ и Cs+ - фиолетовый

Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов (смотри "Органическую химию")

2.Характеристика элементов главной подгруппы II группы.

Главную подгруппу II группы Периодической системы элементов составляют: бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Они называются щелочноземельными металлами.

Атомы этих элементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона: ns². В хим. реакциях атомы элементов подгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуют соединения, в которых степень окисления элемента равна +2.

В свободном состоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболее распространенных элементов относятся кальций и магний. Основными кальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO₃ (его разновидности - известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO₄, гипс CaSO₄ · 2H₂O , флюорит CaF₂ и фторапатит Ca₅(PO₄)₃F. Магний входит в состав минералов магнезита MgCO₃, доломита MgCO₃ · CaCO₃, карналлита KCl · MgCl₂ · 6H₂O. Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.

Физические свойства. Бериллий, магний, кальций, барий и радий - металлы серебристо-белого цвета. Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотности имеют кальций, магний, бериллий. Радий является радиоактивным химическим элементом.

Бериллий, магний и особенно щелочноземельные элементы - химически активные металлы. Они являются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менее активен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металла защитной оксидной пленки.

Химические свойства

1. Взаимодействие с простыми веществами.

Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуя оксиды и сульфаты:

2Be + O₂ = 2BeO

Ca + S = CaS

Бериллий и магний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы - при обычных условиях.

Все металлы этой группы легко реагируют с галогенами:

Mg + Cl₂ = MgCl₂

При нагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другими неметаллами:

Ca + H₂ = CaH₂ (гидрид кальция)

3Mg + N₂ = Mg₃N₂ (нитрид магния)

Ca + 2C = CaC₂ (карбид кальция)

Карибид кальция - бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбид, содержащий различные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбид кальция разлагается водой с образованием газа ацетилена - важного продукта хим. промышленности:

CaC₂ + 2H₂O = CaOH)₂ + C₂H₂

2. Взаимодействуют с водой.

Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствует защитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой при нагревании:

Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂

Остальные металлы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

3. Взаимодействие с кислотами.

Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода:

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂

Разбавленную азотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитрата аммония:

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

В концентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллий пассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.

4. Взаимодействие с щелочами.

Бериллий взаимодействует с водными растворами щелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Остальные металлы II группы с щелочами не реагируют.

5. Взаимодействие с оксидами и солями металлов.

Магний и щелочноземельные металлы могут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

V₂O₅ + 5Ca = 2V + 5CaO

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридов или термическим восстановлением их соединений:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al₂O₃

3BaO + 2Al = 3Ba + Al₂O₃

Закрепление и проверка знаний

Контрольные вопросы

1. Перечислите щелочные металлы. Почему они так называются?

2. Каковы особенности строения атомов щелочных металлов?

3. Какова степень окисления щелочного металла в соединении? Почему?

4. Каковы физические свойства щелочных металлов?

5. Какой из щелочных металлов наиболее активен и почему?

6. Какие реакции характерны для щелочных металлов?

7. Какие оксиды и пероксиды получаются при окислении щелочных металлов?

8. Как окрашивают пламя атомы и ионы щелочных металлов?

9. Какие химические связи образуют щелочные металлы с неметаллами?

10. Как можно получить щелочные металлы?

11. Где применяются щелочные металлы?

12. Какие элементы образуют щелочноземельных металлов?

13. Где в периодической системе расположены эти элементы?

14. Каковы особенности строения атомов этих металлов?

15. Какая степень окисления характерна щелочно-емельных элементов в соединениях?

16. Каковы физические свойства кальция, магния?

17. Как нужно хранить эти металлы?

18. Как можно получить эти металлы?

19. Перечислите реакции, характерные для этих металлов.

ТЕСТ «Щелочные металлы»

Вариант 1.

1.Сколько электронов содержат на внешнем энергетическом слое щелочные металлы.

а) два, б) три в) один, г) четыре.

2.В химических реакциях щелочные металлы проявляют:

а) Окислительные свойства

б) Кислотные свойства

в) Восстановительные свойства

г) Основные свойства

3.Какой из перечисленных металлов легче всего окисляется на воздухе:

а) натрий, б) литий в) цезий, г) калий.

4. Какой из этих металлов хранят под слоем керосина:

а) железо б) медь в) цинк г) натрий

5. При взаимодействии натрия с водой образуются:

а) Пероксид натрия

б) Хлорид натрия

в) Гидроксид натрия и водород

г) Гидроксид натрия

6. Какая формула соответствует гидроксиду и оксиду лития:

а) LiOH и Li₂O;

б) Li(OH)₂ и LiO₂;

в) Li(OH)₂ и LiO;

г) Li(OH)₂ и Li₂O.

7. Объем водорода, который выделится при взаимодействии 0,1 моль натрия с водой, равен:

а) 1,12л; б) 3,36л в ) 2,24л; г) 4,448л.

Тест. Щелочные металлы.

Вариант. 2

1.Атом натрия имеет на внешнем энергетическом уровне:

а) один электрон; в) три электрона;

б) два электрона; г) четыре электрона.

2.В химических реакциях металлический натрий проявляет:

а) Окислительные свойства

б) Кислотные свойства

в) Восстановительные свойств

г) Основные свойства

3. На воздухе легче всего окисляется:

а) натрий; в) рубидий;

б) литий; г) калий.

4. Ряд формул соответствующих хлориду, сульфиду, гидриду натрия, - это:

а) NaH, Na₂S, Na₂O;

б ) NaCl, NaBr, NaOH;

в) NaCl, Na₂S, NaH.

5. При взаимодействии лития с кислородом образуются:

а) Пероксид лития

б) Оксид лития

в) Гидроксид лития

г) Гидрид лития

6. Какая формула соответствует гидроксиду и оксиду калия:

а) КOH и К₂O;

б) К(OH)₂ и КO₂;

в) К(OH)₂ и КO;

г) К(OH)₂ и К₂O.

7. Объем кислорода, который вступил в реакцию с 0,1 моль лития, равен:

а) 0,56л; в) 0,23л;

б) 0,25л; г) 0,59л.

Упражнения и задачи для закрепления и проверки знаний

1. С какими из перечисленных веществ будет реагировать гидроксид натрия: с соляной кислотой, оксидом магния, оксидом углерода (IV), гидроксидом цинка, гидроксидом кальция? Приведите уравнения реакций.

2. С какими из перечисленных ниже растворов будет реагировать металлический кальций: HNO₃, KOH, FeSO₄, HBr ? Напишите уравнения происходящих реакций.

3. Задача: При обработке 8г смеси магния и оксида магния соляной кислотой выделилось 5,6 л водорода(н.у.). Какова массовая доля (в %) магния в исходной смеси?

4. Задача: Калий массой 3,9 г растворили в воде массой 206,2 г. Определите массовую долю полученного раствора.

5. Задача: Металл массой 0,86 г при реакции с водой вытесняет газ объёмом 246,4 мл (н.у.). Какой это металл?

6. Задача: Порошок магния массой 40 г поместили в 596 г раствора сульфата цинка. Затем порошок отфильтровали и высушили. Его масса увеличилась на 16 г. Определить состав конечного раствора (массовую долю сульфата магния).

Дано:

m₀(Mg) = 40 г,

m(р-ра ZnSO₄) = 596 г,

m = 16 г.

Найти:

(MgSO₄).

Решение: ZnSO₄ + Mg = MgSO₄ + Zn.

Изменение массы порошка в смеси: m = m(Zn) + m(Mg).

Пусть (Zn) = (Mg) = х моль, тогда m = 65х - 24х = 16 г.

Отсюда х = 0,39 моль. Массовая доля сульфата магния в конечном растворе:

(MgSO₄) = m(MgSO₄)/m₁(р-ра) = 0,39•120/(596 - 16) = 0,0807, или 8,07%.

Ответ. (MgSO₄) = 8,07%.

7. Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочкам превращения:

8. Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочкам превращения:

Занятие 3.

Тема. Общая характеристика алюминия.

План:

1. Положение в ПСХЭД.И. Менделеева.

2. Строение атома

3. Нахождение в природе

4. Физические свойства

5. Химические свойства

6. Свойства оксидов и гидроксидов.

7. Способы получения

8. Сплавы.

9. Сравнительные свойства металлов главных подгрупп I - IIIгрупп.

1.Алюминий находится в главной подгруппе III группы периодической системы.

2.На внешнем энергетическом уровне атома алюминия имеются свободные р-орбитали, что позволяет ему переходить в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии атом алюминия образует три ковалентные связи или полностью отдает три валентных электрона, проявляя степень окисления +3.

3.Алюминий является самым распространенным металлом на Земле: его массовая доля в земной коре составляет 8,8%. Основная масса природного алюминия входит в состав алюмосиликатов - веществ, главными компонентами которых являются оксиды кремния и алюминия.

4. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета, плавится при 600°C, очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу. По электропроводности алюминий уступает лишь серебру и меди.

5. Химическмие свойства.

Взаимодействие с простыми веществами:

1. с галогенами:

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

2. с кислородом:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

3. с серой:

2Al + 3S = Al₂S₃

4. с азотом:

2Al + N₂ = AlN

С водородом алюминий непосредственно не реагирует, но его гидрид AlH3 получен косвенным путем.

Взаимодействие со сложными веществами:

1. с кислотами:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

2. со щелочами:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Если NaOH в твердом состоянии:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2NaAlO₂ + 3H₂

3. с водой:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)₃ + 3H2

6.Свойства оксида и гидроксида алюминия: оксид алюминия, или глинозем, Al₂O₃ представляет собой белый порошок. Оксид алюминия можно получить, сжигая металл или прокаливая гидроксид алюминия:

2Al(OH)3 = Al₂O₃ + 3H₂O

Оксид алюминия практически не растворяется в воде. Соответствующий этому оксиду гидроксид Al(OH)₃ получают действием гидроксида аммония или растворов щелочей, взятых в недостатке, на растворы солей алюминия:

AlCl₃ + 3NH₃ · H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl

Оксид и гидроксид этого металла являются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства.

Основные свойства:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Кислотные свойства:

Al₂O₃ + 6KOH +3H₂O = 2K₃[Al(OH)₆]

2Al(OH)₃ + 6KOH = K₃[Al(OH)₆]

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O

7.Алюминий получают электролитическим методом. Он не может быть выделен из водных растворов солей, т.к. является очень активным металлом. Поэтому основным промышленным методом получения металлического алюминия является электролиз расплава, содержащего оксид алюминия и криолит.

8. Металлический алюминий широко используется в промышленности, по объему производства занимает второе место после железа. Основная масса алюминия идет на изготовление сплавов:

Дуралюмин - сплав алюминия, содержащий медь и небольшое количество магния, марганца и других компонентов. Дуралюмины - легкие прочные и коррозионностойкие сплавы. Используют в авиа- и машиностроении.

Магналин - сплав алюминия с магнием. Используют в авиа- и машиностроении, в строительстве. Стоек к коррозии в морской воде, поэтому его применяют в судостроении. Силумин - сплав алюминия, содержащий кремний. Хорошо подвергается литью. Этот сплав используют в автомобиле-, авиа- и машиностроении, производстве точных приборов. Алюминий - пластичный металл, поэтому из него изготавливают тонкую фольгу, используемую в производстве радиотехнических изделий и для упаковки товаров. Из алюминия делают провода, краски «под серебро».

9.Строение атомов металлов изученных групп

Физические свойства:Твердые, хрупкие, низкая пластичность

Серебристо-белые

Хранятся под слоем керосина

Мягкий пластичный, серебристо-белый, электро- и теплопроводный легкий, невысокая температура плавления

Общие химические свойства4Al + 3О₂ =

2 Al₂O₃

Hal₂

Na + Cl₂ = 2 NaCl

Ca + Cl₂ = CaCl₂

2Al + 3Cl₂ = 2 AlCl₃

вода

2 Na + 2Н ₂О = 2 NaOН + Н₂

Са+ 2Н ₂О = Сa(OН)₂ + Н₂

2Аl +6H₂O=2Al(OH)₃ + 3H₂ ( очищенный от оксидной пленки)

Встречаемость в природеПоваренная соль

Сильвинит

Карналлит

галит

Берилл Аквамарин Изумруд Барит Известняк, мел, мрамор, фосфорит

Боксит

Каолинит

Корунд

криолит

ПрименениеСоединения элементов группы применяются

1.Для фейерверков

2. В пищевой промышленности

3. Получение

-металлов,

- щелочей этих металлов (едкого натра и калия),

-калийные удобрения, сильвинит,

-в медицине,

-производство соды

Соединения элементов группы применяются

1. Для фейерверков

2. В медицине (хлористый кальций и магний, магнезия)

3. Производство строительных вяжущих материалов

4. Получение металлов

5. Получение известковой, баритовой воды

6. Производство минеральных удобрений

1.Строительство

2.Судостроение

3.Упаковочный материал

4. Химическое машиностроение

5.Ракетостроение

6.Производство пеноалюминия

7.Провода электропередач

8.Самолетостроение

9.Автомобильная промышленность

10.Производство посуды

Закрепление и проверка знаний

Контрольные вопросы

1. Какие металлы алюминий может восстановить из солей или оксидов?

2. Какие реакции доказывают амфотерность оксида и гидроксида алюминия?

3. Что происходит с гидроксидом алюминия при нагревании?

Тест «Алюминий и его соединения»

Вариант 1.

1.Какова электронная конфигурация иона Al³⁺?

А) 1s² Б) 1s²2s²2p⁶

B) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ Г) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2. С какими из указанных веществ реагирует оксид алюминия?

А) Н₂О Б) N₂

B) NaOH Г) H₂SO₄

3. С какими из указанных веществ реагирует алюминий?

А) СО₂ Б) Br₂

B) NaCl Г) КОН

4. Какие вещества образуются при взаимодействии Al₂O₃ с КОН ?

А) Al(OH)₃ Б) К₂О

В) Н₂О Г) KAlO₂

5. Какие из указанных металлов являются менее активными, чем алюминий?

А) Ag Б) Ва

В) Hg Г) К

6. В чем растворяется Al(OH)₃?

А) раствор NaOH Б) Н₂О

В) раствор KCl Г) раствор H₂SO₄

Упражнения и задачи для закрепления и проверки знаний

Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочкам превращения:

Вариант 1.

Часть А. на "3"

Закончите уравнения реакции. Назови продукты реакции.

Al + Br₂

Al + H₂SO₄ (p-p)

Часть В. на "4"

Осуществите превращения:

Al Al₂ O₃ Al Cl₃

Al AlCl₃ Al₂ (SO₄)₃

Назовите продукты реакций.

Часть С. на "5"

Что является веществом Х в реакциях:

Al + X Al (OH)₃

Al + X Al₂ O₃

Вариант 2.

Часть А. на "3"

Закончите уравнения реакции. Назови продукты реакции.

Al + Br₂

Al + H₂SO₄ (p-p)

Часть В. на "4"

Осуществите превращения:

Al Al₂ O₃ Al Cl₃

Al AlCl₃ Al₂ (SO₄)₃

Назовите продукты реакций.

Часть С. на "5"

Что является веществом Х в реакциях:

Al + X Al (OH)₃

Al + X Al₂ O₃

Вариант 3.

Часть А. на "3"

Закончите уравнения реакции. Назови продукты реакции.

Al + Br₂

Al + H₂SO₄ (p-p)

Часть В. на "4"

Осуществите превращения:

Al Al₂ O₃ Al Cl₃

Al AlCl₃ Al₂ (SO₄)₃

Назовите продукты реакций.

Часть С. на "5"

Что является веществом Х в реакциях:

Al + X Al (OH)₃

Al + X Al₂ O₃

Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочкам превращения

Занятие №4.

Металлы побочных подгрупп (переходные металлы). Свойства химических элементов.

План лекции:

1. Общий обзор металлических элементов побочных подгрупп.

2. Общая характеристика хрома. Хром и его соединения

3. Общая характеристика марганца. Марганец и его соединения

1.Общий обзор металлических элементов побочных подгрупп.

1. Металлические элементы побочных подгрупп являются d - элементами. У их атомов на наружном энергетическом уровне сохраняются s - электроны, а очередные электроны помещаются не на наружных, а на предпоследних энергетических уровнях.

2. В образовании связей у металлов побочных подгрупп, кроме ns - электронов наружного слоя, принимают участие (n - 1) d - электроны. Причём s - электроны легче образуют связи и наличие d - электронов незначительно влияет на свойства.

Более устойчивыми являются состояния d⁰, d⁵, d¹⁰.

Например, у хрома и меди происходит «провал» электрона с наружного слоя на d - подуровень.

3. d - элементы проявляют широкий спектр валентных возможностей. Минимальная степень окисления у этих элементов в соединениях соответствует количеству s - электронов на внешнем слое, а максимальная соответствует числу номера группы.

Например, марганец образует оксиды, в которых степень окисления :

+2 МnO, +4 MnO₂, +6 MnO₃, +7 Mn₂O_7.

! При этом важно запомнить правило: с увеличением степени окисления атомов металлов побочных подгрупп основные свойства их оксидов и гидроксидов уменьшаются, а кислотные усиливаются.

2.Общая характеристика хрома. Хром и его соединения

Хром находится в побочной подгруппе VI группы Периодической системы. Строение электронной оболочки хрома: Cr 3d⁵4s¹. Степени окисления от +1 до +6, но наиболее устойчивые +2, +3, +6.

Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,02%. Важнейшими минералами, входящими в состав хромовых руд, являются хромит, или хромистый железняк, и его разновидности, в которых железо частично заменено на магний, а хром - на алюминий.

Хром - серебристо серый металл. Чистый хром достаточно пластичный, а технический самый твердый из всех металлов.

Хром химически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (из неметаллов), образуя смесь фторидов. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором:

t°

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

t°

2Cr + 3Cl₂ = 2CrCl₃

t°

2Cr + N₂ = 2CrN

t°

2Cr + 3S = Cr₂S₃

В азотной и концентрированной серной кислотах он пассивирует, покрываясь защитной оксидной пленкой. В хлороводородной и разбавленной серной кислотах растворяется, при этом, если кислота полностью освобождена от растворенного кислорода, получаются соли хрома(II), а если реакция протекает на воздухе - соли хрома (III): Cr + 2HCl = CrCl₂ + H₂ ; 2Cr + 6HCl + O₂ = 2CrCl₃ + 2H₂O + H₂

3.Общая характеристика марганца. Марганец и его соединения

Mn, химический элемент с атомным номером 25, атомная масса 54,9. Химический символ элемента Mn произносится так же, как и название самого элемента. Природный марганец состоит только из нуклида ⁵⁵Mn. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома марганца 3s²p⁶d⁵4s². В периодической системе Д. И. Менделеева марганец входит в группу VIIВ, и располагается в 4-м периоде. Образует соединения в степенях окисления от +2 до +7, наиболее устойчивы степени окисления +2 и +7. У марганца, как и у многих других переходных металлов, известны также соединения, содержащие атомы марганца в степени окисления 0.

Марганец в компактном виде - твердый серебристо-белый, хрупкий металл.

Химические свойства

Марганец - активный металл.

1. Взаимодействие с неметаллами

При взаимодействии металлического марганца с различными неметаллами образуются соединения марганца (II):

Мn + С₂ = МnСl₂ (хлорид марганца (II));

Mn + S = МnS (cулъфид марганца (II));

3Мn + 2 Р = Мn₃Р₂ (фосфид марганца (II));

3Mn + N₂ = Мn₃N₂ (нитрид марганца (II));

2Mn + N₂ = Мn₂Si (силицид марганца (II)).

2. Взаимодействие с водой

При комнатной температуре очень медленно взаимодействует с водой, при нагревании с умеренной скоростью:

Mn + 2H₂O = MnO₂ + 2H₂

3. Взаимодействие с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов марганец находится до водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот, при этом образуются соли марганца (II):

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂;

Mn + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂;

с разбавленной азотной кислотой образует нитрат марганца (II) и оксид азота (II):

3Mn + 8HNO₃ = 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют марганец. Марганец растворяется в них лишь при нагревании, образуются соли марганца (II) и продукты восстановления кислоты:

Mn + 2H₂SO₄ = MnSO₄ + SO₂ + 2H₂O;

Mn + 4HNO₃ = Mn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

4. Восстановление металлов из оксидов

Марганец - активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов:

5Mn + Nb₂O₅ = 5MnO + 2Nb.

Если к перманганату калия KMnO₄ добавить концентрированную серную кислоту, то образуется кислотный оксид Mn₂O₇, обладающий сильными окислительными свойствами:

2KMnO₄ + 2H₂SO₄ = 2KHSO₄ + Mn₂O₇ + H₂O.

Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H₂MnO₄ и марганцовая кислота HMnO₄, соли которых - соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na₂MnO₄) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO₄).

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще) 2NaI + Na₂MnO₄ + 2H₂O = MnO₂ + I₂ + 4NaOH, так и восстановителей 2K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl.

Перманганаты - сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO₄ в кислой среде окисляет сернистый газ SO₂ до сульфата:

2KMnO₄ + 5SO₂ +2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄.

Применение: более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей - кислорода, серы и других), а также для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств. Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Для нанесения тонких покрытий из марганца используют легко летучий и термически нестабильный биядерный декакарбонил Mn₂(CO)₁₀.

Задания для закрепления и проверки знаний

Контрольные вопросы:

1. Как определить степени окисления металлов побочных подгрупп?

2. Какие степени окисления характерны для хрома? Какие из них наиболее устойчивы?

3. Назовите формулы оксидов и гидроксидов хрома и охарактеризуйте их кислотно-основные свойства.

4. Как меняются окислительно-восстановительные свойства соединений хрома с

увеличением степени его окисления?

5. Напишите формулы хромовой и дихромовой кислот.

6. Какие степени окисления проявляет марганец в соединениях? Какие из них наиболее устойчивы?

7. Напишите формулы оксидов и гидроксидов хрома и охарактеризуйте их кислотно-основные свойства и окислительно-восстановительные свойства.

8. Как меняются окислительно-восстановительные свойства соединений марганца с увеличением степени его окисления?

Задания для закрепления и проверки знаний

Решение задач

Задачи первого уровня сложности

(оцениваются в 3 балла)

1. Сколько литров водорода (н. у.) потре­буется для восстановления 6,4 г меди из ок­сида меди (II)?

2. Сколько граммов сульфида железа(II) образуется при взаимодействии 5,6 г железа с избытком серы?

3. Определите массу цинка, необходимо­го для взаимодействия с раствором, который содержит 19,6 г серной кислоты.

Задачи второго уровня сложности

(оцениваются в 4 балла)

1. Какой объем оксида углерода(II) (н.у.) потребуется для восстановления 4 г оксида железа(III)?

2. Определите массу алюминия, который потребуется для получения 78 г хрома из оксида хрома(III) алюминотермическим ме­тодом.

3. Какой объем оксида углерода (II) (н.у.) потребуется для восстановления 320 т окси­да железа(III) до железа?

Задачи третьего уровня сложности

(оцениваются в 5 баллов)

1. Какой объем водорода (н.у.) выделит­ся при взаимодействии 137 г цинка, содер­жащего 5 % примесей, с соляной кислотой?

2. Определите массу осадка, который об­разуется при взаимодействии растворов, один из которых содержит 9,8 г серной ки­слоты, а другой - 31,2 г хлорида бария.

3. Определите объем водорода (н.у.), ко­торый выделится при взаимодействии 230 г натрия с водой, если выход газа составляет 90 % (по объему).

Занятие №4

Железо. Соединения железа. Понятие о сплавах

План лекции:

1.Положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева

2.Строение атома

3.Важнейшие соединения.

4.Физические свойства

5.Получение

6.Химические свойства

7. Соединения железа

8.Применение

9. Понятие о сплавах.

1.Положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева

В периодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочной подгруппе VIII группы.

Порядковый номер - 26, электронная формула 1s² 2s² 2p⁶ 3d⁶ 4s².

2. Валентные электроны у атома железа находятся на последнем электронном слое (4s²) и предпоследнем (3d⁶). В химических реакциях железо может отдавать эти электроны и проявлять степени окисления +2, +3 и, иногда, +6.

3.Железо является вторым по распространенности металлом в природе (после алюминия). Наиболее важные природные соединения: Fe2O3x3H2O - бурый железняк;Fe2O3 - красный железняк;Fe3O4(FeO Fe2O3) - магнитный железняк;FeS2 - железный колчедан (пирит). Соединения железа входят в состав живых организмов.

4.Железо - серебристо серый металл, обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитными свойствами. Плотность железа - 7,87 г/см3, температура плавления 1539С.

5.Получение железа

В промышленности железо получают восстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II) в доменных печах.

Химизм доменного процесса следующий:

C + O₂ = CO₂,

CO₂ + C = 2CO.

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂,

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂,

FeO + CO = Fe + CO₂.

6.В реакциях железо является восстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже с самыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но при нагревании становится активным и реагирует с ними:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ Хлорид железа (III)

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄(FeO x Fe₂O₃) Оксид железа (II,III)

Fe + S = FeS Сульфид железа (II)

При очень высокой температуре железо реагирует с углеродом, кремнием и фосфором:

3Fe + C = Fe₃C Карбид железа (цементит)

3Fe + Si = Fe₃Si Силицид железа

3Fe + 2P = Fe₃P₂ Фосфид железа (II)

Во влажном воздухе железо быстро окисляется (коррозирует):

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃,

Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельных металлов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂

Железо реагирует с разбавленными серной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

При обычной температуре железо не взаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируется ею. При нагревании концентрированная H₂SO₄ окисляет железо до сульфита железа (III):

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

Разбавленная азотная кислота окисляет железо до нитрата железа (III):

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O.

Концентрированная азотная кислота пассивирует железо.

Из растворов солей железо вытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

7.Оксид железа (II) FeO - основной оксид, легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

FeO + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂O

Гидроксид железа (II) Fe(OH)₂ - порошок белого цвета, не растворяется в воде. Получают его из солей железа (II) при взаимодействии их со щелочами:

FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂ + Na₂SO₄,

Fe(OH)₂ проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:

Fe(OH)₂ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O,

Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O.

При нагревании гидроксид железа (II) разлагается:

Fe(OH)₂ = FeO + H₂O.

Соединения со степенью окисления железа +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe²⁺ легко окисляются до Fe⁺³: Fe⁺² - 1e = Fe⁺³

Так, свежеполученный зеленоватый осадок Fe(OH)₂ на воздухе очень быстро изменяет окраску - буреет. Изменение окраски объясняется окислением Fe(OH)₂ в Fe(OH)₃ кислородом воздуха:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃.

Оксид железа (III) Fe₂O₃ - порошок бурого цвета, не растворяется в воде.

Оксид железа (III) получают разложением гидроксида железа (III):

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H2O

Оксид железа (III) проявляет амфотерные свойства:

взаимодействует с кислотами и твердыми щелочами NaOH и KOH , а также с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O,

Fe₂O₃ + 2OH^- = 2FeO^2- + H2O,

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂.

Феррит натрия

Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) при взаимодействии их со щелочами:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl,

Гидроксид железа (III) является более слабым основанием, чем Fe(OH)₂, и проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)₃ легко образует соответствующие соли:

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + H₂O

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Реакции с концентрированными растворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании.:

Fe(ОН)₃ + КОН = К[Fe(ОН)₄]

Соединения со степенью окисления железа +3 проявляют окислительные свойства, так как под действием восстановителей Fe+3 превращается в Fe+2: Fe⁺³ + 1e = Fe^+2.

Так, например, хлорид железа (III) окисляет йодид калия до свободного йода:

2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + 2KCl + I₂⁰

8.Применение железа, его сплавов и соединений

Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа - чугун и сталь - составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа (III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее.

9.Понятие о сплавах.

Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергают плавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяется природой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости от температуры. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, не прибегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы - это продукты химического взаимодействия металлов.

Кристаллическая структура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуя друг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: а) химические соединения, называемые интерметаллидами; б) твердые растворы; в) механическую смесь кристаллов компонентов.

Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойств индивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температуры плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компонентов.

Однако некоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, что чугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которые характерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы и фосфора, увеличивающие ее хрупкость.

Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель.

В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, а сверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов, образуемых ниобием с оловом и др.

Задания для закрепления и проверки знаний

Контрольные вопросы:

1. Как определить степени окисления металлов побочных подгрупп?

2. Какие степени окисления наиболее характерны для железа?

3. Назовите формулы оксидов и соответствующих им гидроксидов железа.

4. Охарактеризуйте кислотно-основные свойства гидроксидов железа (II) и железа III.

5. Опишите физические свойства железа?

6. Где применяется железо ?

1.Напишите уравнения реакций, соответствующие цепочкам превращения:

2.Методом электронного баланса составьте уравнения, протекающие по схемам:

3.Задача: На сколько граммов увеличится масса железной пластинки, опущенной в раствор СиS0₄, если при этом на пластинке оказалось 20,8 г металлической меди?

Х г - 20,8 г

56 г - 64 г

Х = 18,2 г железа растворилось => m (Fе) увеличилась на 20,8 г-18,2 г = 2,6 г

ОТВЕТ : 2, 6 г.

4.Составьте уравнения практически осуществимых реакций между веществами:

а) А1+ Hg(N0₃)_2(p._p) →….

б) Zn + MgCl_2(p._p→₎

в) Fe+ ZnCl_2(p._p) →

г) Zn+ Pb(N0₃)_2(p._p) →….

Тест по теме:

«Железо - представитель элементов побочных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева»

1. Металл, реагирующий с серной кислотой при обычных условиях:

А) серебро; б) медь; в) железо; г) ртуть.

2. Металл, взаимодействующий с водой при обычных условиях:

А) натрий; б) медь; в) железо; г) ртуть .

3. Возможные степени окисления атома железа:

А) +2; б) +2, +3; в) 0, +2, +3, +6.

4. Вещество, в котором степень окисления железа +3:

А) NaFeO2 б) FeO₃ в) FeCl₂ г) FeCO₃ .

5. Пластинка, вытесняющая медь из раствора ее солей:

А) железная б) серебряная в) золотая.

6. Среда, в которой коррозия железа идет наиболее быстро:

А) вода; б) воздух; в) влажный воздух.

7. Характер оксида железа (II):

А) кислотный; б) основный; в) амфотерный.

8. Характер оксида железа (III):

А) кислотный; б) основный; в) амфотерный.

9. Укажите вещество, взаимодействующее с железом:

А) кислород; б) сероводород; в) углекислый газ.

10. Укажите вещество, взаимодействующее с оксидом железа (III):

А) кислород; б) вода; в) серная кислота.

11. Укажите металл, более активный, чем железо:

А) кальций; б) медь; в) олово.

12. Осуществить превращение FeCl₃  Fe(OH)₃ можно с помощью:

А) кислоты; б) воды; в) щелочи.

13.Установите соответствие:

Тип реакции Исходные вещества

1) соединения а) Fe(OH)₃ 

2) разложения б) Fe + H₂SO₄ 

3) замещения в) Fe + ZnSO₄ 

4) обмена г) Fe(OH)₃ + NaOH 

д) Fe + Cl₂ 

е) Fe + O₂ 

14. Установите соответствие:

Исходные вещества Продукты реакции

1) Fe + H₂SO₄  а) Fe(OH)₃ + NaCl

2) Fe + Cl₂  б) Fe(OH)₂ + NaCl

3) Fe + HCl  в) FeCl₂

4) FeCl₂ + NaOH  г) FeCl₂ +H₂

д) FeCl3

е) FeS

Занятие №5

Тема: «Химическая и электрохимическая коррозия металлов. Защита от коррозии»

План лекции:

1. Понятие процесса коррозии.

2. Классификация видов коррозии.

3. Сущность химической коррозии.

4. Сущность электрохимической коррозии.

5. Способы защиты от коррозии.

1. Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды.
   
   
   
   
   
   

Мы видим мрачную картину:

Вот ржавый гвоздь и ржавая труба,

И даже новую машину

За год буквально съела ржа.

Ползет она как змей ужасный

И вглубь, и вширь, и поперек.

Корабль, краскою блиставший,

С дырой в боку ко дну идет.

Ржавеет всё - тросы, лебедка,

Опоры зданий и мостов,

И даже руль подводной лодки

Всегда к ржавлению готов.

И где же выход из проблемы,

И в чем причина бедствий тех?

Найдем ответ мы непременно,

Пусть нам сопутствует успех!

2. Классификация

По виду коррозионных разрушений:

а) сплошная коррозия (равномерная, неравномерная),

б) местная коррозия (в виде пятен и язв),

в) точечная коррозия,

г) межкристаллитная коррозия,

д) избирательная коррозия.

В случае если коррозией охвачена вся поверхность металла, такой вид разрушения называют общей или сплошной коррозией. Сплошная коррозия подразделяется на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозийного разрушения на всех участках металлической поверхности или нет.

Следует отметить, что сплошная коррозия наименее опасный вид коррозии. Так, если какой-либо механизм покрылся красным налетом (ржавчиной), то он незначительно теряет свои механические свойства (около 5%). Такую коррозию легко можно удалить.

При местной коррозии происходит разрушение отдельных участков поверхности металла. Наиболее характерными видами местной коррозии является коррозия в виде пятен и язв, в зависимости от глубины поражения металла.

Точечная коррозия связана с разрушением металла в виде отдельных точечных поражений, перерастающих в сквозные. Например: коррозия кровельного железа, нержавеющей стали в морской воде, облицовка автомобилей и т.п.

Наиболее опасным видом коррозии является межкристаллитная коррозия. Коррозия продвигается вглубь металла не менее стойким в химическом отношении границам кристалла. Межкристаллитная коррозия опасна тем, что, не изменяя внешнего вида конструкции, приводит к быстрой потере металлом прочности и пластичности.

Избирательной коррозии подвергаются сплавы, содержащие два и более структурных составляющих. В этом смысле коррозии подвергаются отдельные компоненты сплава.

По характеру разрушения металла различают коррозию:

а) сплошную,

б) местную.

По механизму коррозионных разрушений:

а) химическая коррозия металлов,

б) электрохимическая коррозия металлов.

3)Химическая коррозия.

Химическая коррозия - самопроизвольное разрушение металлов в среде окислительного газа (кислорода, галогенов, оксида серы IV, сероводорода и т.д.) при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах (бензин, керосин и др.). Такому разрушению подвергаются детали и узлы двигателей, газовых турбин, ракетных установок.

Сущность процессов коррозии этого вида сводится к окислительно-восстановительной реакции, осуществляемой непосредственным переходом электронов металла на окислитель, т.е. движение заряженных частиц в электролите отсутствует.

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Zn + O₂ =2ZnO

2Fe + 3SO₂ +3O₂ =Fe₂(SO₄)₃

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные плёнки. Если эта плёнка прочная, плотная, хорошо связанная с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные плёнки образуются у Zn, Al, Cr, Ni, Sn, Pb и др. А у железа она рыхлая. Пористая, легко отделяется от поверхности и поэтому не способна защитить металл от разрушения.

4)Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия металлов - самопроизвольный процесс разрушения металлов в среде электролитов. Металлы и сплавы неоднородны, содержат включения различных примесей. При контакте их с электролитами одни участки выполняют роль анода (отдают электроны), а другие - роль катода (принимают электроны)

Используя таблицу напряжения металлов, можно сделать вывод: все металлы, имеющие стандартный электродный потенциал, меньший, чем соответствующий окислитель, будут отдавать электроны и окисляться: Me - ne^- = Meⁿ⁺ (анод)

Поток электронов от анода переместиться на катод (металл с меньшей активностью и соответственно большим электродным потенциалом). На катоде в зависимости от среды идёт восстановление ионов водорода или молекул кислорода:

2Н⁺ +2е = Н₂↑ (кислая среда)

O₂ + 2H₂O +4e^- = 4OH^- (щелочная или нейтральная среда)

Схема процессов при коррозии металлов. D - деполяризатор

Железо под воздействием O₂ , H₂О и ионов водорода постепенно окисляется. Этот процесс является окислительно-восстановительным, где металл является восстановителем. Коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂

Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы по своей активности, чем дальше друг от друга они в ряду напряжений. Сочетания металлов, сильно отличающихся значениями электродных потенциалов, в технике недопустимы (например, алюминий - медь).

5)Методы защиты от коррозии

Применение различных методов защиты металлов от коррозии позволяет свести к минимуму потери металла от коррозии. В зависимости от причин, вызывающих коррозию, различают следующие методы защиты.

1) Обработка внешней среды, в которой протекает коррозия. Сущность метода заключается либо в удалении из окружающей среды тех веществ, которые выполняют роль деполяризатора, либо в изоляции металла от деполяризатора. Например, для удаления из воды кислорода используют специальные вещества или кипячение. Удаление кислорода из коррозионной среды называется деаэрацией. Максимально замедлить процесс коррозии можно путем введения в окружающую среду специальных веществ - ингибиторов. Другой способ - шлифование - чтобы на поверхности не задерживалась влага.

2) Защитные покрытия. Для изоляции металла от окружающей среды на него наносят различного рода покрытия: лаки, краски, металлические покрытия. Наиболее распространенными являются лакокрасочные покрытия, однако их механические свойства значительно ниже, чем у металлических. Последние по характеру защитного действия можно разделить на анодные и катодные.

Анодные покрытия. Если на металл нанести покрытие из другого, более электроотрицательного металла, то в случае возникновения условий для электрохимической коррозии разрушаться будет покрытие, т.к. оно будет выполнять роль анода. В этом случае покрытие называется анодным. Примером анодного покрытия может служить хром, нанесенный на железо.

на аноде: Cr - 2e = Cr²⁺

на катоде: 2 H₂O + O₂ + 4e = 4 OH^-

Cr²⁺ + 2 OH^- = Cr(OH)₂

Гидроксид хрома (II) окисляется кислородом воздуха до Cr(OH)₃:

4 Cr(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4 Cr(OH)₃

Катодные покрытия. У катодного покрытия стандартный электродный потенциал более положителен, чем у защищаемого металла. Пока слой покрытия изолирует металл от окружающей среды, электрохимическая коррозия не протекает. При нарушении сплошности катодного покрытия оно перестает защищать металл от коррозии. Более того, оно даже интенсифицирует коррозию основного металла. В качестве примера можно привести оловянное покрытие на железе (луженое железо).

на аноде: Fe - 2e = Fe²⁺

на катоде: 2 H₂O + O₂ + 4e = 4 OH^-

Fe²⁺ + 2 OH^- = Fe(OH)₂

Разрушается защищаемый металл. При сравнении свойств анодных и катодных покрытий можно сделать вывод, что наиболее эффективными являются анодные покрытия. Они защищают основной металл даже в случае нарушения целостности покрытия, тогда как катодные покрытия защищают металл лишь механически.

3) Электрохимическая защита. Различают два вида электрохимической защиты: катодная и протекторная. В обоих случаях создаются условия для возникновения на защищаемом металле высокого электроотрицательного потенциала.

Протекторная защита. Защищаемое от коррозии изделие соединяют с металлическим ломом из более электроотрицательного металла (протектора). Это равносильно созданию гальванического элемента, в котором протектор является анодом и будет разрушаться. Например, для защиты подземных сооружений (трубопроводов) на некотором расстоянии от них закапывают металлолом (протектор), присоединив его к сооружению.

Схема протекторной защиты. А - трубопровод; Б - протектор; В - проводник

Катодная защита отличается от протекторной тем, что защищаемая конструкция, находящаяся в электролите (почвенная вода), присоединяется к катоду внешнего источника тока. В ту же среду помещают кусок металлолома, который соединяют с анодом внешнего источника тока.

Схема катодной защиты. А - конструкция; Б - протектор

Металлический лом подвергается разрушению, предохраняя тем самым от разрушения защищаемую конструкцию.

Вопросы для самостоятельной работы студентов с текстом учебника

(как вариант альтернативный лекции)

1. Что такое коррозия металлов?

2. Какова роль коррозии в жизни человеческого общества и зачем ее изучать?

3. Какие виды коррозии бывают?

4. Как протекает этот процесс?

5. В чём отличие процессов химической и электрохимической коррозии?

6. Какие способы защиты от нее существуют?

7. Как называются вещества, замедляющие коррозию?

8. Какое влияние может оказать коррозия на здоровье человека?

Закрепление знаний.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ "КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ"

1. Склепаны два металла. Укажите, какой из металлов подвергается коррозии:

а) Mn - Al ; б) Sn - Bi .

Решение.

а) Al в ряду напряжений находится перед марганцем и имеет более отрицательное значение стандартного электродного потенциала, поэтому при контакте этих двух металлов Al будет анодом, а Mn - катодом. Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет алюминий.

б) В этом случае корродировать будет олово, т.к. в ряду напряжений оно расположено впереди висмута и, следовательно, является электрохимически более активным.

Ответ: Al, Sn.

2. Какие из нижеперечисленных металлов выполняют для свинца роль анодного покрытия: Pt, Al, Cu, Hg ?

Решение.

Анодное покрытие - это нанесение на защищаемое изделие электрохимически более активного металла. Из перечисленных металлов электрохимически более активным (по сравнению со свинцом) является алюминий (см. ряд напряжений металлов).

Ответ: Al.

3. Какие из нижеперечисленных металлов выполняют для свинца роль катодного покрытия: Ti, Mn, Ag, Cr ?

Решение.

Катодное покрытие - это нанесение на защищаемое изделие электрохимически менее активного металла. Из перечисленных металлов электрохимически менее активным (по сравнению со свинцом) является серебро (см. ряд напряжений металлов).

Ответ: Ag.

4. Укажите продукт коррозии при контакте Zn - Ni в нейтральной среде.

Решение.

При контакте двух металлов различной электрохимической активности возникает гальванический элемент. В нейтральной среде его схема выглядит следующим образом:

А (-) Zn| H₂O, O₂ | Ni (+) K

Так как цинк электрохимически более активен (см. ряд напряжений металлов), он будет окисляться (корродировать). На никеле будет протекать восстановительный процесс (в нейтральной среде - кислородная деполяризация):

А (-): Zn - 2e^- = Zn²⁺

K (+): 2H₂O + O₂ + 4e^- = 4OH^-

Продукт коррозии - Zn(OH)₂.

Ответ: Zn(OH)₂.

5. Укажите продукт коррозии при контакте Zn - Ni в кислой среде (HCl).

Решение.

При контакте двух металлов различной электрохимической активности возникает гальванический элемент. Его схема для кислой среды раствора:

A (-) Zn|HCl| Ni (+) K

Так как цинк электрохимически более активен (см. ряд напряжений металлов), он будет окисляться (корродировать). На никеле будет протекать восстановительный процесс (в кислой среде - водородная деполяризация):

А (-): Zn - 2e^- = Zn²⁺

K (+): 2H⁺ + 2e^- = H₂.

Продукт коррозии : ZnCl₂.

Ответ: ZnCl₂.

Задания для закрепления и проверки знаний

Тесты

Вариант 1

Выберите один правильный ответ:

1. Наиболее активно корродирует

1. техническое железо

2. химически чистое железо

3. железо, покрытое слоем олова

4. сплав железа с хромом и никелем

2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов

1. на аноде идет восстановление

2. на катоде идет окисление

3. менее активный металл является анодом

4. менее активный металл является катодом

3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в кислотной среде

1. на катоде идет растворение железа

2. на катоде идет восстановление катионов водорода до молекулярного водорода

3. на катоде идет восстановление кислорода до гидро-ксид-ионов

4. на катоде идет растворение меди

4. При лужении железа оно покрывается тонким слоем

1) меди 2) цинка 3) олова 4) никеля

5. Ингибитором при хранении соляной кислоты служат производные

1)анилина 2) бутиламина

3)аланина 4) ванилина

Вариант 2

Выберите один правильный ответ:

1. Электрохимическую коррозию металла вызывает

1. контакт металла с кислородом

2. контакт металла с оксидами серы

3. контакт с другими металлами

4. контакт металла с водой

2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов

1. на аноде идет восстановление

2. на катоде идет восстановление

3. более активный металл является катодом

4. менее активный металл является анодом

3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в щелочной или нейтральной среде

1. на катоде идет восстановление катионов водорода до молекулярного водорода

2. на катоде идет растворение железа

3. на катоде идет растворение меди

4. на катоде идет восстановление кислорода до гидроксид-ионов

4. Для протекторной защиты стальных изделий используют протекторы из

1) Mg и Zn 2) А1 и Си 3) Са и Sn 4) Со и Сг

5. К электрохимическим методам защиты металлов от коррозии относится

1) никелирование 2) шлифование

3) воронение 4) катодная защита

Вариант 3

Выберите один правильный ответ:

1. Химическую коррозию металла вызывают

1) кислород

2) все перечисленные вещества

3) хлор

4) оксиды серы

2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов

1) на катоде идёт окисление

2) на аноде идёт восстановление

3) более активный металл является анодом

4) более активный металл является катодом

3. В качестве легирующих добавок при получении нержавеющих сталей используют

1) Zn и Mn

2) Ag и Au

3) Ni и Cu

4) Cr и Ni

4. Для получения защитных металлических покрытий железа используются металлы, которые по сравнению с железом

1) более активные

2) и более активные, и менее активные

3) менее активные

4) металлы не используются

5. При подготовке воды, поступающей в котельные установки, ее подвергают деаэрации для удаления из нее

1) азота 2) водорода

3) кислорода 4)аргона

Работа в группах по четыре человека.

П о д у м а й т е - о б ъ я с н и т е.

Вопрос №1. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?

Ответ: Поскольку слюна является электролитом, эти коронки образуют гальванический элемент. Электрический ток протекает по десне и вызывает зубную боль.

Вопрос №2. В трудах древнегреческого историка Геродота (5 в. до н. э.) и древнеримского ученого Плиния Старшего (1 в. до н. э.) уже есть упоминания о применении олова для предохранения железа от ржавления. Почему? Ведь олово - менее активный металл и соприкосновение с ним должно усиливать коррозию?

Ответ: Олово имеет на поверхности защитную плёнку, и пока слой олова не нарушен, защищает железо от коррозии.

Вопрос №3. По отдельности алюминий и титан устойчивы к действию морской воды. Почему, если они контактируют в одном изделии, например в боксе для подводной фототехники, алюминий очень быстро разрушается, и бокс протекает?

Ответ: Электрохимическая коррозия приводит к быстрому разрушению более активных металлов, которые в различных механизмах и устройствах контактируют с менее активными металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений правее.

Вопрос №4. Известны случаи разрушения и затопления кораблей, железная обшивка которых была скреплена медными заклепками. В чем причина этого явления?

Ответ: Электрохимическая коррозия приводит к быстрому разрушению более активных металлов, которые в различных механизмах и устройствах контактируют с менее активными металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений правее.

Вопрос №5. Для большей стойкости водопроводные трубы и арматуру из стали и серого чугуна часто подвергают оцинковыванию окунанием в расплав данного металла. Это резко повышает срок их службы в холодной воде. Почему?

Ответ: Покрытия из цинка и олова (так же как и других металлов) защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении покрывающего слоя (трещины, царапины) коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется «работой» гальванического элемента железо - цинк и железо - олово. Трещины и царапины заполняются влагой и образуются растворы. Поскольку цинк более электроотрицателен, чем железо, то его ионы будут преимущественно переходить в раствор, а остающиеся электроны будут перетекать на более электроположительное железо, делая его катодом

Вопрос №6. Впервые катодную защиту применил знаменитый английский ученый Дэви (1824). Для защиты медной облицовки морских судов он рекомендовал использовать «жертвенные» аноды из железа, которые присоединялись снаружи к корпусу судна. Скорость коррозии медной облицовки в морской воде при этом, действительно, значительно снизилась. Однако вместо одной неприятности появилась другая - корпус судна стал обрастать ракушками. Почему?

Ответ: Ионы меди Cu2+ являются биоцидными (ядовитыми) для микроорганизмов. Поскольку медный корпус оказался защищенным и ионы меди перестали переходить в морскую воду, то корпус оказался беззащитным от микроорганизмов.В результате скоростные характеристики судна значительно снизились. Периодическая очистка днища судна от ракушек стоила больших затрат.

Вопрос №7. Более полутора тысяч лет назад в Индии была изготовлена железная колонна весом в 6,5 т, высотой 7,3 м, диаметром у основания 41,6 см, у верха 29,5 см, стоящая ныне на одной из площадей индийской столицы.Она стоит на тропическом солнце, под дождями 15 столетий, но не подверглась ни малейшей коррозии. Почему на нее не действует коррозия?

Ответ: Дели - не Чикаго и не Старый Оскол, воздух там не загрязнен выбросами промышленных предприятий. Колонна содержит малое количество примеси углерода и, по одной из версий, сделана из метеоритного железа, т.е. содержит много никеля. Кроме того, на столб постоянно залезают йоги, а тела их смазаны специальными маслами. Получается, что эти масла смазывают колонну и тем самым предотвращают действие кислорода на металл.

Домашнее задание:

По выбору выполните одно задание.

1) Очень чистый металл не растворяется в разбавленной серной кислоте, а если прибавить несколько капель сульфата меди, начинает энергично выделяться водород. Объясните это явление уравнениями реакций.

2) Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности: а) N2; б) СО; в) SO2. Докажите уравнениями реакций.

3) Составьте тест из 10 вопросов или презентацию на тему «Коррозия и способы защиты от неё»

Занятие 7.

Тема. Решение задач разного типа.

1. Написать уравнения реакций взаимодействия между веществами:

а) Li, Na, Ca, Fe c O₂, Cl₂, S, N₂, C:

б) Na, Ca, Al c H₂O;

в) Zn c H₂SO₄; Al c HCl;

г) Zn c CuSO₄; Al c NaOH; Be c KOH.

2. Расставить коэффициенты, найти окислитель и восстановитель в уравнениях реакций:

Cu + HNO_{3 (P)} -> Cu (NO₃)₂ + NO + H₂O

Cu + HNO_{3 (K)} -> Cu (NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Na + HNO₃ -> NaNO₃ + N₂O + H₂O

3.Задача: Смесь порошков железа и меди массой 10 г обработали раствором НСl, при этом выделился газ объёмом 2,24 л. Определите массовую долю металлов в смеси.

4. Задача: К раствору содержащему 27 г CuCl₂ добавили 14 г железных опилок. Найти массу меди которая выделилась в результате реакции.

Решение:

5.Задача: Какую массу сульфата цинка можно получить при взаимодействии избытка цинка с 500 мл 20% раствора серной кислоты, плотностью 1,14 г/мл?

Решение:

Химический диктант

Один студент работает у доски (но до момента проверки его ответы не видны), остальные обучающиеся группы выполняют работу в тетрадях.

Варианты вопросов:

1. Способность вещества изменять форму под внешним воздействием и сохранять ее после прекращения воздействия? (пластичность);

2. Тип химической связи в металлах? (металлическая);

3. Какие подвижные частицы кристаллической решетки обеспечивают физические свойства металлов? (электроны);

4. Какую плотность имеют легкие металлы (менее 5 г/см³);

5. Самый легкий металл? (литий);

6. Лучшие проводники электричества среди металлов? (серебро и медь);

7. Название известного сплава на основе алюминия (дюралюминий);

8. Важнейшие сплавы на основе железа? (чугун и сталь);

9.Какой неметалл входит в состав сплавов железа (углерод);

10. Укажите не менее трех металлов, которые могут выступать в качестве легирующих добавок? (хром, никель, молибден)

Карточки задания по теме «Металлы»

Вариант 1.

Выбрать номера правильных ут­верждений:

1. При взаимодействии натрия с водой образуется щелочь.

2. Соли алюминия окрашивают пламя в зеленый цвет.

3. При сгорании лития на воздухе образуется пероксид лития.

4. Гидроксид кальция называют гашеной известью.

5. Натрий можно получить электролизом расплава хлорида натрия.

6. Оксидная пленка защищает железо от дальнейшей кор­розии.

7. Железо входит в состав гемоглобина.

Вариант 2

Выбрать номера правильных ут­верждений:

1. При взаимодействия натрия с кислородом образуется пе­роксид натрия.

2. Алюминий - редкий элемент.

3. От лития к цезию плотность щелочных металлов умень­шается.

4. Кальций был открыт Деви.

5. Алюминий используется как восстановитель в метал­лургии.

6. При взаимодействии железа с соляной кислотой образу­ется хлорид железа (III).

7. При обычных условиях алюминий не реагирует с водой.

Вариант 3

Выбрать номера правильных ут­верждений:

1. Гидроксид железа (II) самопроизвольно окисляется во влажном воздухе в гидроксид железа (III)

2. Щелочные металлы получают в промышленности элект­ролизом растворов их солей.

3. Основной компонент соды - карбонат кальция.

4. Магний входит в состав хлорофилла.

5. Гидроксид алюминия - амфотерный гидроксид.

6. Железо в природе часто встречается в самородном виде.

7. Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет.

Ответы во всех вариантах под номерами 1, 4, 5, 7.

Карточка №1

1. С водой не взаимодействует оксид, формула которого:

а) СаО; б) К₂О;

в) FeO; г) SrO.

2. Основные свойства в ряду Сг(ОН)₂-Сг(ОН)₃-Н₂СЮ₄:

а) усиливаются; б) ослабевают;

в) не изменяются; г) сначала усиливаются, затем ослабевают.

3. И с кислотой, и с основанием взаимодействует гидроксид:

а) калия; б) магния;

в) лития; г) алюминия.

Карточка №2

1. Оксид хрома(II) может взаимодействовать:

а) с серной кислотой; б) гидроксидом калия;

в) оксидом натрия; г) водой.

2. Наиболее слабые основные свойства проявляет гидроксид:

а) алюминия; б) магния; в) натрия; г) калия.

3. Формулы веществ, которые взаимодействуют с гидроксидом цинка, образуют пару:

а) Cu(OH)₂, HC1;

б) NaOH, K₂SO₄;

в) HNO₃, КОН;

г) MgCl₂, H₂SO₄

Тест

Вариант 1

Часть А. Выберите правильный ответ

А 1. Атом магния имеет электронную конфигурацию:

1)1S²2S²2P⁶3S² ,

2) 1S²2S² ,

3) 1S²2S²2P⁶3P²,

4) 1S²2S²2P²

А2. Тип химической связи в простом веществе меди:

1) ковалентная полярная,

2) ковалентная неполярная,

3) ионная,

4) металлическая.

А3. Из перечисленных ниже физических свойств общими для большинства металлов являются:

1) электропроводность,

2) теплопроводность,

3) металлический блеск ,

4) все приведенные выше ответы верны.

А 4. Какой из металлов встречается в земной коре в свободном состоянии?

1) цинк,

2) медь,

3) кобальт,

4) алюминий.

А 5. Восстановление металлов из руд используется в процессе :

1) пирометаллургии,

2) гидрометаллургии,

3) электрометаллургии,

4) все предыдущие ответы верны.

А 6. Химическое взаимодействие возможно между:

1) оловом и хлоридом магния,

2) серебром и сульфатом меди (II),

3) магнием и бромидом натрия,

4) медью и нитратом ртути (II)

А 7. Какой из перечисленных металлов наиболее подвержен химической коррозии?

1) свинец,

2) кальций,

3) алюминий,

4) железо

А 8. Какой из оксидов, формулы которых перечислены ниже, реагирует с водой?

1) CuO ,

2) BaO ,

3) Ag₂O ,

4) Cr₂O₃

Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать в бланк ответов

В1. Установите соответствие.

С увеличением порядкового номера элемента в главной подгруппе II группы Периодической системы свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются следующим образом:

СВОЙСТВА ИЗМЕНЕНИЯ

1) восстановительные свойства А) усиливаются

2) радиус атома Б) увеличивается

3) электроотрицательность В) уменьшается

4) число электронов на внешнем уровне Г) не изменяется

В2. С какими из перечисленных веществ в соответствующих условиях реагирует алюминий:

А) кислород,

Б) оксид калия,

В) гидроксид натрия,

Г) концентрированная азотная кислота (без нагревания),

Д) сульфат натрия,

Е) сера,

Ж) гидрокисид железа (III),

З) хлорид меди (II),

И) уксусная кислота,

К) оксид азота (II)?

Ответ: _______________.

Вариант 2

Часть А Выберите правильный ответ

А 1. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атома свинца:

1) 6S²6Р² ,

2) 5S²5Р² ,

3) 6P²,

г) 6P⁴

А2. Тип химической связи в простом веществе цезии:

1) ковалентная полярная,

2) ковалентная неполярная,

3) ионная,

4) металлическая.

А3. Какое физическое свойство не является общими для всех металлов:

1) электропроводность,

2) теплопроводность,

3) твердое агрегатное состояние при нормальных условиях,

4) металлический блеск

А 4. Какой процесс является химической основой металлургии?

1) восстановление,

2) окисление,

3) диспропорционирование,

4) верного ответа среди перечисленных нет.

А5. В промышленности электролизом получают :

1) железо,

2) цинк,

3) свинец,

4) алюминий

А 6 . Какой из перечисленных ионов является наиболее сильным окислителем?

1) Cu²⁺ ,

2) Mg²⁺ ,

3) Na⁺ ,

4) Ca²⁺

А 7. Химическое взаимодействие возможно между :

1) серебром и хлороводородной кислотой,

2) кобальтом и хлоридом магния,

3) цинком и нитратом олова (II),

4) свинцом и раствором серной кислоты.

А8. Какой из оксидов, формулы которых перечислены ниже, является кислотным?

1) MnO ,

2) Mn₂O₃ ,

3) MnO₂ ,

4) Mn₂O₇

Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать в бланк ответов

В1. Установите соответствие.

В ряду элементов Ba -Sr - Ca - Mg наблюдается следующее изменение свойств:

СВОЙСТВО ИЗМЕНЕНИЕ

1) восстановительные свойства А) усиливаются

2) число энергетических уровней Б) увеличивается

3) электроотрицательность В) уменьшается

4) число валентных электронов Г) не изменяется

В 2. С какими из перечисленных веществ в соответствующих условиях реагирует медь: А) кислород,

Б) вода,

В) оксид железа (III),

Г) гидроксид натрия,

Д) концентрированная азотная кислота ,

Е) соляная кислота,

Ж) нитрат серебра,

З) оксид углерода (IV),

И) хлор,

К) сульфат хрома (III)?

Ответ : _____________ .

Часть С. Решите задачи

I уровень

1. При электролизе расплава хлорида калия на катоде получили металл массой 7,8 г. Объем хлора, выделившегося (н.у.) на аноде, равен ________ г.

(Запишите число с точностью до десятых.)

2. При взаимодействии 200 г 40 %-го раствора сульфата меди (II) с магнием получили медь количеством вещества _________ моль.

(Запишите число с точностью до десятых.)

3. Масса соли, образовавшейся при взаимодействии 64 г серы и 56 г железа, равна

____ г.

(Запишите число с точностью до десятых.)

4. Объем водорода, выделившегося при взаимодействии натрия с водой составил 1,12 л. Масса натрия, вступившего в реакцию, равна _______ г.

(Запишите число с точностью до десятых.)

5. Объем угарного газа, необходимого для восстановления железа из оксида железа (III) массой 40 г, равен ________ л. (Запишите число с точностью до десятых.)

II уровень

1. При обработке 6 г чугуна соляной кислотой выделилось 3,36 л газа (н.у.). Определите содержание железа в чугуне (в %).

2. Определите массовую долю щелочи в растворе, полученном при взаимодействии

23 г натрия с 78 г воды.

3. Рассчитайте массу сульфата цинка, полученного при взаимодействии избытка цинка со 100 мл 20 %-го раствора серной кислоты плотностью 1,14 г/мл.

4. Железную пластинку массой 10 г выдержали в 10 % растворе сульфата меди (II)массой 160 г до полного окончания реакции. Определите массу пластинки после реакции.

5. Смешали 110 г 15%-го раствора гидроксида натрия и 157,5 г 10% раствора соляной кислоты. Определите среду полученного раствора и массу соли в нем.

Занятие 8.

Лабораторная работа №4

Тема: Свойства железа и его соединений

Вопросы для допуска:

1. Расскажите о положении железа в ПСХЭД.И. Менделеева

2. Сколько электронов, протонов и нейтронов у железа?

3.Какую валентность проявляет железо?

4.Составьте оксид Fe(II) и оксид Fe (III)?

5Составьте гидроксиды железа (II)и (III)?

6.Какими свойствами обладает железо?

7.С какими веществами реагирует железо?

8.Приведите пример реакции, в которой железо проявит восстановительные свойства?

9.Как получают железо?

10.Где применяется железо?

Оборудование: пробирки

Реактивы: гидроксид натрия(NaOH), свежеприготовленный сульфат железа(II) (FeSO₄),хлорид железа (III), (FeCl₃), соляная кислота, серная кислота, железные опилки.

Ход работы:

Опыт 1.Взаимодействие железа с разбавленными кислотами.

В пробирку всыпать немного железных опилок и влить немного соляной кислоты.

Что вы наблюдали?

Написать уравнение реакции и разобрать его с точки зрения окисления - восстановления.

Опыт 2.Получение гидроксида железа (II) и взаимодействие его с кислотами.

а) Налейте в пробирку 2-3 мл свежеприготовленного сульфата железа(II)и прилейте немного гидроксида натрия.

Что вы наблюдали?

Написать уравнение реакции в молекулярной полной и сокращенной ионной формах.

б) К полученному осадку добавить немного соляной кислоты.

Что вы наблюдали?

Написать уравнения реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионной формах.

Опыт 3.Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами.

а) Налить в пробирку 2-3 мл хлорида железа(III) и добавить немного гидроксида натрия.

Что вы наблюдали?

Написать уравнение реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионной формах.

б) К полученному осадку добавить немного серной кислоты.

Что вы наблюдали?

Написать уравнение реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионной формах.

Вывод: С чем реагирует железо?

Как можно получить гидроксид железа (II и III) и с чем они взаимодействуют?

Задания:

1.Написать уравнения электролиза:

а) расплава хлорида калия.

б) водного раствора нитрата меди, сульфида калия.

2.Разберите уравнения реакции с точки зрения окисления-восстановления:

а) Ca + HCl=CaCl₂ + H₂

б) Fe + S = FeS

в) Al + O₂ = Al₂ O₃

3.Из 200гр известняка, содержащего 4% примесей, получили 120 гр. оксида кальция: определить % выхода продукции.

4. На алюминий массой 10 гр. подействовали избытком раствора соляной кислоты, какой газ, и в каком кол-ве выделится при этом.

Занятие 9.

Практическая работа №7

Наименование работы: Решение задач на примеси.

Программа выполнения работы:

Вариант 1.

1. При разложении 200 г карбоната кальция, содержащего 25% примесей, получается два оксида. Какой объем углекислого газа получается?

2. 10 г цинка, содержащего 5% примесей, растворяют в соляной кислоте. Какой объем водорода при этом получится?

3. Какой объем кислорода получится при разложении 1 т.воды, содержащей 15% примесей?

4. Какая масса водорода образуется при разложении 1 л воды, содержащей 5% примесей (по массе).

5. Какая масса сульфата алюминия получится при растворении в серной кислоте 300 г алюминия, содержащего 40% примесей? Какой объем водорода выделится при этом?

Вариант 2.

1. Какая масса гидроксида калия получится, если соединить растворы гидроксида бария и сульфата калия массой 120 г, содержащего 10% примесей?

2. Какая масса водорода образуется при взаимодействии соляной кислоты с 270 г алюминия, содержащего 20% примесей? Какое количество соли при этом получится?

3. Какой объем водорода вытеснит алюминий из 80 г соляной кислоты, содержащей 12% примесей?

4. По уравнению реакции:

CaC₂ + 2H₂O =Ca (OH)₂ + C₂H₂

Рассчитайте объем ацетилена C₂H₂, если в реакцию вступило 12 г карбида кальция, содержащего 12% примесей?

5. Какая масса сульфата цинка получится при растворении в серной кислоте 70 г цинка, содержащего 5% примесей? Какой объем водорода при этом выделится?

Контрольные вопросы, задания и тест для отработки пропусков по теме:

«Химия металлов»

1) Положение химических элементов металлов в ПСХЭ. Нахождение металлов в

природе.

2) Положение металлов в ПСХЭ и особенности строения их атомов.

3) Давать сравнительную характеристику металлов по положению в ПС.

4)Какова распространенность металлов в природе?

5)Как изменяется восстановительная способность металлов в периодах, в главных подгруппах? Почему?

6)Чем отличаются металлические кристаллические решетки от ионных, атомных?

1) Металлы - простые вещества. Получение металлов в промышленности,физические свойства металлов.

2) Основные физические свойства простых веществ - металлов. Способы получения, важнейшие восстановители металлов.

3) Описывать физические свойства металлов и объяснять их. Называть способы

получения металлов в промышленности.

4)В виде каких соединений встречаются в природе хром, свинец? Приведите уравнения реакций получения этих металлов.Чем объясняется сходство физических свойств металлов?

1) Металлы - простые вещества. Химические свойства металлов.

2) Важнейшие химические свойства металлов.

3) Составлять уравнения химических реакций, составлять электронный баланс для ОВР.

4)При взаимодействии 3,45 г щелочного металла с водой образовалось 5,6 л ( н.у) водорода. Назовите щелочной металл.

5)При взаимодействии 12,4 г оксида одновалентного металла с водой образуется 16 г его гидроксида. Определите металл.

Тест «Химия металлов»

Часть А (задания с выбором ответа)

А 1. В Периодической таблице элементов металлами являются все элементы

1. основных подгрупп III и IV групп

2. основных подгрупп VII и VIII групп

3. основных подгрупп IV и V групп

4. побочных подгрупп

А 2. Металлы в свободном состоянии в ходе химических реакций проявляют

1. только окислительные свойства

2. только восстановительные свойства

3. и окислительные свойства, и восстановительные свойства

4. не проявляют таких свойств

A3. В каком ряду металлические свойства простых веществ ослабевают?

1. натрий, магний, бериллий

2. калий, литий, натрий

3. магний, алюминий, кальций

4. барий, кальций, калий

А 4. Укажите вещество, используемое на подводных лодках для регенерации кислорода из углекислого газа

1. пероксид натрия

2. гидроксид натрия

3. оксид натрия

4. карбонат натрия

А5. Укажите два металла, каждый из которых реагирует с водой при обычных условиях

1) натрий и серебро 2) калий и цинк

3) кальций и натрий 4) олово и свинец

А 6. Укажите металл, который реагирует с водой с образова­нием щелочи

1) алюминий 2) барий

3) магний 4) серебро

А 7. Укажите вещество, при взаимодействии которого с же­лезом образуется FeCl₃

1) соляная кислота 2) хлорид натрия

3) хлорид меди(И) 4) хлор

А8. Какое вещество образуется при горении железа в кисло­роде

1) FeO 2) Fe₂0₃

3) Fe₃0₄ 4) Fe0₃

A9. Укажите металл, который реагирует и с раствором соляной кислоты, и с раствором хлорида цинка

1) магний 2) медь

3) олово 4) железо

А10. Укажите два металл, каждый из которых не взаимодей­ствует при обычных условиях с разбавленной соляной кислотой

1) медь и магний 2) свинец и серебро

3) цинк и золото 4) олово и железо

A11. Вещество состава C₂H₅ONa образуется при взаимодейст­вии натрия с

1) хлорэтаном 2) уксусной кислотой

3) фенолом 4) этиловым спиртом

А12. Железо реагирует с каждым из двух веществ:

1. кислородом и соляной кислотой

2. водой и хлоридом калия

3. хлором и оксидом алюминия

4. серой и сульфатом калия

А13. Укажите металл, способный вытеснить железо из рас-

твора сульфата железа(П)

1) олово 2) медь

3) цинк 4) серебро

А14. Для осуществления превращений: Fe → FeCl₂ → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe(NО₃)₃ использовались следующие реактивы:

А) азотная кислота Б) соляная кислота В) гидроксид натрия Г) хлор.

Укажите правильную последовательность использования этих реактивов.

1) ГБВА 2) БГВА

3) БГАВ 4) БВГА

А15. Определите объем водорода (н.у.), который образуется

при взаимодействии 11,7 г калия с избытком воды

1) 3,36 л 2) 4,48 л

3) 5,6 л 4) 6,72 л

Часть В (задания с кратким ответом)

В 1. Установите соответствие между металлом и общей формулой соединения, образующегося при горении этого металла. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

МЕТАЛЛ ОБЩАЯ ФОРМУЛА

А) Li 1) Э₃О₄

Б) Na 2) Э₂О₃

B) Мg 3) ЭО₂

Г) Al 4) Э₂О

Д) Fe 5) ЭО

6) Э₂О₂

В 2. Установите соответствие между веществом, с которым взаимодействует железо, и формулой образующегося при этом продукта. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ВЕЩЕСТВО ФОРМУЛА ПРОДУКТА

А) сера 1) FeCl₂

Б) кислород 2) FeCl₃

В) хлор 3) FeS

Г) соляная кислота 4) Fe₂S₃

5) FeO

6) Fe₃O₄

В3. Определите вещества А-Г в схеме превращений:

+О_{2 +}Na +H₂О +Н₂SO₄

Na → A → Б → В → Г

Среди нижеперечисленных соединений выберите пра­вильную последовательность веществ А-Г:

1. сульфит натрия 4) пероксид натрия

2. оксид натрия 5) сульфат натрия

3. карбонат натрия 6) гидроксид натрия

Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответст­вующих буквам по алфавиту.

В 4. Установите соответствие между названием реагента, вступающего в реакцию с натрием, и названием основного продукта, образующегося в ходе этой реакции. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

РЕАГЕНТ ПРОДУКТ

A) этанол 1) этан

Б) фенол 2) ацетат натрия

B) вода 3) этилат натрия

Г) хлорэтан 4) фенолят натрия

5) гидроксид натрия

6)бутан

В5. Установите соответствие между двумя находящимися в водном растворе в контакте металлами и тем из них, который будет активно коррозировать. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ДВА МЕТАЛЛА КОРРОЗИРУЮЩИЙ МЕТАЛЛ

А) Fe и Zn 1) медь

Б) Fe и Sn 2) магний

В) Zn и Mg 3) олово

Г) Cu и Sn 4) цинк

5) железо

Глоссарий

Атом- мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества.

Анод - отрицательно заряженный электрод

Орбиталь- область пространства, в котором наиболее вероятно нахождение электрона.

Катод - положительно заряженный электрод

Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения металлов в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды

Металлы- это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Металлическая связь - связь, образованная в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов.

Металлическая кристаллическая решетка - решетка, в узлах которой находятся как атомы, так и катионы металла, а между ними свободно перемещаются обобществленные электроны.

Электролиз - это окислительно - восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока.

Электрометаллургия - это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений

Электрохимическая коррозия металлов - самопроизвольный процесс разрушения металлов в среде электролитов.

Список литературы:

Основная:

1. О. Е. Саенко. Химия для колледжей: учебник. Ростов на Дону: Феникс, 2008

2. О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов. Химия: учебник для студентов сред. Проф.

Учебных заведений. М.: «Академия», 2008.

3. Ерохин Ю.М. Химия. - М., 2008.

Дополнительная:

1. Н.Е. Кузьменко , В.В.Еремин, В.А. Попков Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы: Учебное пособие. М.: Дрофа, 1999.

2. С.А.Пузаков , В.А.Попков. Пособие по химии для поступающих в вузы. М.:, Высшая школа, 2001.

3. М. А. Рябова, Р. В. Линко. Тесты по химии. М.: «Экзамен», 2006.

Интернет - ресурсы:

1. ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/uchpos/ - УМК «Неорганическая химия» (мультимедийное учебное пособие)

2. ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/metod/ - Методические рекомендации для

учащихся.

</