Краткая теория и задания самостоятельной работы 'Химические свойства металлов'

Химические свойства металлов

Металлы, имея низкие потенциалы ионизации, легко отдают валентные электроны и образуют положительно заряженные ионы:

Mе − nē = Mеⁿ⁺ Поэтому металлы в химических реакциях являются восстановителями и способны взаимодействовать с различными веществами − окислителями.

Рассмотрим некоторые типичные случаи такого взаимодействия.

1. Металлы высокой химической активности могут разлагать воду с вытеснением водорода при комнатных температурах:

2K + 2H2O = 2KOH + H2.

1. С кислотами металлы реагируют различно в зависимости от активности самого металла и окислительных свойств кислоты:

• В разбавленной серной кислоте и в растворах галогеноводородов

окислителем является ион H⁺, поэтому в них растворяются металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода:

Cd + H2SO4 (разб.) = CdSO4 + H2;

Ni + 2HCl = NiCl2 + H2.

• Концентрированная серная кислота является окислителем за счет S⁺⁶

и может при нагревании окислять металлы, стоящие в ряду напряжений послеводорода. Продукты ее восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла. При взаимодействии с малоактивными металлами кислота восстанавливается до SO2:

Hg + 2H2SO4 (конц.) = HgSO4 + SO2 + 2H2O.

При взаимодействии с более активными металлами продуктами

восстановления могут быть как SO2, так и свободная сера и сероводород:

Cd + 2H2SO4 (конц.) = CdSO4 + SO2 + 2H2O;

3Zn+ 4H2SO4 (конц.) = 3ZnSO4 + S + 4H2O;

4Mg + 5H2SO4 (конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O.

В этих реакциях часть молекул серной кислоты играют роль среды.

• Азотная кислота является сильнейшим окислителем за счет N⁺⁵.

Продукты восстановления различны и зависят от концентрации кислоты и

активности металла:

HNO3 → NO2 → NO → N2O → N2 → NH4NO3.

- При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется

NO2.

- При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными

металлами выделяется NO. В случае более активных металлов выделяется N2O.

- Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония.

Ag + 2HNO3 (конц.) = AgNO3 + NO2 + H2O;

3Ag + 4HNO3 (разб.) = 3AgNO3 + NO + H2O;

4Mg + 10HNO3 (разб.) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O;

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

- Al, Fe, Cr концетрированной азотной кислотой пассивируются.

3. Со щелочами реагируют металлы, дающие амфотерные гидроксиды

(бериллий, цинк, алюминий, олово, свинец), а также металлы, обладающие

высокими степенями окисления в присутствии сильных окислителей:

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

2Mo + 4KOH + 3O2 сплавление 2K2MoO4 + 2H2O.

Упражнения для самостоятельного решения

1. Закончить и уравнять реакции:

а) Ba + H₂O = …; б) Sn + NaOH + H₂O = …;

в) Sn + HNO₃ (разб.) = …; г) Hg + H₂SO₄ (конц.) = ….

2. Закончить и уравнять реакции:

а) Cd + H₂SO₄ (разб.) = …; б) Be + NaOH + H₂O = …;

в) Bi + HNO₃ (конц.) = …; г) Li + H₂O = ….

3. Какие из перечисленных металлов (Mg, Mn, Hg, Au, Al, Cd, Ag)

растворяются в разбавленной H₂SO₄? Написать уравнения реакций.

4. Закончить и уравнять реакции:

а) Mg + HNO₃ (разб.) = …; б) Sn + KOH + H₂O = …;

в) Ni + H₂SO₄ (конц.) = …; г) W + HNO₃ + HF = H₂[WF₈] + ….

5. Закончить и уравнять реакции:

а) Ga + NaOH + H₂O = …; б) Bi + HNO₃ (разб.) = …;

в) La + H₂O =* …; г) Co + H₂SO₄ (конц.) = ….

*Электродный потенциал лантана -2,55 В.

6. Закончить и уравнять реакции:

а) Rb + H₂O = …; б) W + Na₂CO₃ + NaNO₃ t= Na₂WO₄ + …;

в) Be + KOH + H₂O = …; г) Sn + HCl = ….

7. Закончить и уравнять реакции:

а) Pb + NaOH + H₂O = …; б) Fe + O₂ = …;

в) Ni + HNO₃ (конц.) = …; г) La + H₂SO₄ (разб.) =* ….

* Электродный потенциал лантана -2,55 В.

8. Закончить и уравнять реакции:

а) Ga + H₂SO₄ (разб.) =* …; б) Cd + HNO₃ (конц.) = …;

в) Sr + H₂O =* …; г) Al + C = ….

* Электродный потенциал стронция -2,88 В, галлия -0,53 В.

9. Закончить и уравнять реакции:

а) Mn + HNO₃ (разб.) = …; б) Al + KOH + H₂O = …;

в) Ca + H₂O = …; г) Fe + H₂SO₄ (разб.) = ….

10. Закончить и уравнять реакции:

а) Ta + HNO₃ + HF = H₂[TaF₇] + …; б) Cs + H2O = …;

в) Ag + HNO₃ (разб.) = …; г) Al + HCl = ….

11. Закончить и уравнять реакции:

а) Zr + HNO₃ + HCl = ZrCl₄ + …; б) Rb + H2O = …;

в) Mn + HNO₃ (конц.) = …; г) Sn + KOH + H₂O = ….

12. Закончить и уравнять реакции:

а) Mo + NaNO₃ + NaOH =t Na₂MoO₄ + … ; б) Ni + H₂SO₄ (разб.) = …;

в) Ni + H₂SO₄ (конц.) = …; г) Mg + H₂O =t … .

13. Закончить и уравнять реакции:

а) Na + H₂ = …; б) Zn + CH₃COOH = …;

в) Sn + H₂SO₄ (конц.) = …; г) Ca + HNO₃ (оч. разб.) = ….

14. Закончить и уравнять реакции:

а) Hg + HNO₃ + HCl = HgCl₂ + …; б) Co + HNO₃ (конц.) = …;

в) K + H₂O = … ; г) Sc + H₂SO₄ (разб.) =* ….

* Электродный потенциал скандия -2,01 В.

15. Какие из перечисленных металлов (Cu, Ca, Hg, Au, Fe, Cr, Ag, Al)

растворяются в HCl? Написать уравнения реакций.

16. Закончить и уравнять реакции:

а) Nb + HNO₃ + HF = H₂[NbF₇] + …; б) Li + N₂ = …;

в) Pb + KOH + H₂O = …; г) Fe + HNO₃ (разб.) = ….

17. Закончить и уравнять реакции:

а) V + KOH + O₂ =t КVО₃ + …; б) Sn + HNO₃ (конц.) = H₂SnO₃ + …;

в) Ag + H₂SO₄ (конц.) =t …; г) Mn + H₂SO₄ (разб.) = ….

18. Закончить и уравнять реакции:

а) Pt + HNO₃ + HCl = H₂[PtCl₆] + …; б) Fe + H₂SO₄ (конц.) =t …;

в) Al + S =t …; г) Sn + KOH + H₂O = … .

19. Закончить и уравнять реакции:

а) Fe + Cl₂ = …; б) Be + KOH + H₂O = …;

в) Cd + HNO₃ (разб.) = …; г) Sn + H₂SO₄ (разб.) = ….

20. Закончить и уравнять реакции:

а) Ca + H₂ = …;

б) Mn + HCl = …;

в) Mo + Na₂CO₃ + NaNO₃ =t Na₂MoO4 + …;

г) Cd + HNO₃ (разб.) = ….