Перед изучением этого раздела рекомендую изучить следующие темы:
Химические свойства амфотерных оксидов
Амфотерные оксиды проявляют свойства и основных, и кислотных. От основных отличаются только тем, что могут взаимодействовать с растворами и расплавами щелочей и с расплавами основных оксидов, которым соответствуют щелочи.
1. Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами.
При этом амфотерные оксиды взаимодействуют, как правило, с сильными и средними кислотами и их оксидами.
амфотерный оксид + кислота = соль + вода
амфотерный оксид + кислотный оксид = соль
2. Амфотерные оксиды не взаимодействуют с водой.
Оксиды взаимодействуют с водой, только когда им соответствуют растворимые гидроксиды, а все амфотерные гидроксиды — нерастворимые.
амфотерный оксид + вода ≠
3. Амфотерные оксиды взаимодействуют с щелочами.
При этом механизм реакции и продукты различаются в зависимости от условий проведения процесса — в растворе или расплаве.
В растворе образуютсякомплексные соли, в расплаве — обычные соли.
Формулы комплексных гидроксосолей составляем по схеме:
Основные продукты взаимодействия соединений амфотерных металлов со щелочами сведем в таблицу.
Металлы
В расплаве щелочи
В растворе щелочи
Степень окисле-ния +2 (Zn, Sn, Be)
* здесь Х — щелочной металл, Y — амфотерный металл.
Исключение — железо не образует гидроксокомплексы в растворе щелочи!
4. Амфотерные оксиды взаимодействуют с основными оксидами.
При этом взаимодействие возможно только с основными оксидами, которым соответствуют щелочи и только в расплаве. В растворе основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием щелочей.
амфотерный оксид + основный оксид = соль + вода
5. Окислительные и восстановительные свойства.
Амфотерные оксиды способны выступать и как окислители, и как восстановители и подчиняются тем же закономерностям, что и основные оксиды. Окислительно-восстановительные свойства амфотерных оксидов подробно рассмотрены в статье про основные оксиды.
6.Амфотерные оксиды взаимодействуют с солями летучих кислот.
При этом действует правило: в расплаве менее летучие кислоты и их оксиды вытесняют более летучие кислоты и их оксиды из их солей.
2.2.1. Характерные химические свойства щелочных металлов.
Щелочными металлами (ЩМ) называют все элементы IA группы таблицы Менделеева, т.е. литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr.
У атомов ЩМ на внешнем электронном уровне находится только один электрон на s-подуровне, легко отрывающийся при протекании химических реакций. При этом из нейтрального атома ЩМ образуется положительно заряженная частица – катион с зарядом +1:
Семейство ЩМ является наиболее активным среди прочих групп металлов в связи с чем в природе обнаружить их в свободной форме, т.е. в виде простых веществ невозможно.
Простые вещества щелочные металлы являются крайне сильными восстановителями.
Взаимодействие щелочных металлов с неметаллами
с кислородом
Щелочные металлы реагируют с кислородом уже при комнатной температуре, в связи с чем их требуется хранить под слоем какого-либо углеводородного растворителя, такого как, например, керосина.
Взаимодействие ЩМ с кислородом приводит к разным продуктам. С образованием оксида, с киcлородом реагирует только литий:
Натрий в аналогичной ситуации образует с кислородом пероксид натрия Na2O2:
а калий, рубидий и цезий – преимущественно надпероксиды (супероксиды), общей формулы MeO2:
с галогенами
Щелочные металлы активно реагируют с галогенами, образуя галогениды щелочных металлов, имеющих ионное строение:
2Li + Br2 = 2LiBr бромид лития
2Na + I2 = 2NaI иодид натрия
2K + Cl2 = 2KCl хлорид калия
с азотом
Литий реагирует с азотом уже при обычной температуре, с остальными же ЩМ азот реагирует при нагревании. Во всех случаях образуются нитриды щелочных металлов:
с фосфором
Щелочные металлы реагируют с фосфором при нагревании, образуя фосфиды:
3Na + P = Na3Р фосфид натрия
3K + P = K3Р фосфид калия
с водородом
Нагревание щелочных металлов в атмосфере водорода приводит к образованию гидридов щелочных металлов, содержащих водород в редкой степени окисления – минус 1:
Н2 + 2Rb = 2RbН гидрид рубидия
с серой
Взаимодействие ЩМ с серой протекает при нагревании с образованием сульфидов:
S + 2Na = Na2S сульфид натрия
Взаимодействие щелочных металлов со сложными веществами
с водой
Все ЩМ активно реагируют с водой с образованием газообразного водорода и щелочи, из-за чего данные металлы и получили соответствующее название:
2HOH + 2Na = 2NaOH + H2↑
2K + 2HOH = 2KOH + H2↑
Литий реагирует с водой довольно спокойно, натрий и калий самовоспламеняются в процессе реакции, а рубидий, цезий и франций реагируют с водой с мощным взрывом.
с галогенпроизводными углеводородов (реакция Вюрца):
со спиртами и фенолами
ЩМ реагируют со спиртами и фенолами, замещая водород в гидроксильной группе органического вещества:
Все Щ металлы, кроме Li, образуют не оксиды, а пероксиды:
Оксиды получают взаимодействием пероксидов с металлом:
2) Реагируют с водородом (подробнее)
3) Реагируют с водой (подробнее)
4) Реагируют с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом:
5) Реагируют с некоторыми кислотными оксидами:
SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si SiO2 + 2Ca → 2CaO + Si SiO2 + 2Ba → 2BaO + Si
6) Магний как восстановитель используется в производстве кремния и некоторых металлов:
7) Реакции Щ и ЩЗ металлов с растворами солей или кислот не рассматриваются, так как эти металлы очень бурно взаимодействуют с водой, и суммарная реакция изменится.
2. Алюминий
1) Реагирует с кислородом: 4Al + 3O2 → 2Al2O3
2) Не реагирует с водородом (из металлов только Щ и ЩЗ металлы взаимодействуют с водородом)
3) Реагирует с водой, если удалить оксидную пленку:
4) Реагирует с щелочами с выделением водорода (также Be и Zn):
5) Реагируют с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом:
6) Используется для восстановления менее активных металлов (алюмотермия):
7) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
8) Вытесняет менее активные металлы из их солей:
9) На холоде пассивируется концентрированными растворами серной и азотной кислот. При нагревании реагирует без выделения водорода.
3. Железо
1) Реагирует с кислородом:
В присутствии воды образуется ржавчина: 4Fe + 3O2 + 6H2O  → 4Fe(OH)3
2) Не реагирует с водородом (только Щ и ЩЗ металлы взаимодействуют с водородом)
Fe + H2 → реакция не идет
3) Реагирует с парами воды с образованием оксида:
4) Не реагирует с щелочами
Fe + NaOH → реакция не идет
5) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
2Fe + 3F2 → 2FeF3 (образуется соль Fe +3 )
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (образуется соль Fe +3 )
2Fe + 3Br2 → 2FeBr3 (образуется соль Fe +3 )
Fe + I2 → FeI2 (образуется соль Fe +2 )
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
7) Вытесняет менее активные металлы из их солей:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu (образуется соль Fe +2 )
8) На холодe пассивируется концентрированными растворами серной и азотной кислот (т.е. реакция не протекает). При нагревании реагирует без выделения водорода:
9) Соединения Fe +3 реагируют с железом, медью, восстанавливаясь до Fe +2 :
4. Хром
1) Реагирует с кислородом:
2) Не реагирует с водородом (только Щ и ЩЗ металлы взаимодействуют с водородом)
Cr + H2 → реакция не идет
3) Реагирует с парами воды с образованием оксида:
4) Не реагирует с щелочами
Cr + NaOH → реакция не идет
5) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
2Cr + 3Cl2 → 2CrCl3 (образуется соль Fe +3 )
2Cr + 3Br2 → 2CrBr3 (образуется соль Fe +3 )
Cr + S → Cr2S3 (образуется соль Fe +3 )
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
Cr + 2HCl → CrCl2 + H2 (образуется соль Cr +2 )
7) Пассивируется концентрированным и разбавленным растворами азотной кислоты (т.е. реакция не протекает).
5. Медь
1) Реагирует с кислородом:
2) Реагирует с соединениями Cu +2 с образованием промежуточной степени окисления +1:
3) Не реагирует с водородом (только Щ и ЩЗ металлы взаимодействуют с водородом)
Cu + H2 → реакция не идет
4) Не реагирует с парами воды (так как находится в ряду напряжений после водорода):
Cu + H2O → реакция не идет
5) Не реагирует с щелочами
Cu + NaOH → реакция не идет
6) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
Cu + Cl2 → CuCl2 (образуется соль Cu +2 )
Cu + Br2 → CuBr2 (образуется соль Cu +2 )
2Cu + I2 → 2CuI (образуется соль Cu +1 )
Cu + S → CuS (образуется соль Cu +2 )
7) Не реагирует с N2, C, Si.
8) Не реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится правее водорода в ряду напряжений:
9) Реагирует с кислотами-окислителями как слабый восстановитель:
7. Цинк
1) Реагирует с кислородом: 2Zn + O2 → 2ZnO
2) Не реагирует с водородом (из металлов только Щ и ЩЗ металлы взаимодействуют с водородом)
3) Реагирует с парами воды, т.е. при сильном нагревании, с образованием оксида:
4) Реагирует с твердыми щелочами и растворами щелочей с выделением водорода (также Be и Al):
5) Реагируют с галогенами, серой при нагревании:
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
8) Реагирует с кислотами-окислителями:
Так как Zn находится примерно в центре ряда напряжений, то в реакциях с азотной кислотой могут образовываться разные продукты:
Взаимодействие с водой, водными растворами щелочей, кислот и солей.
Химические свойства металлов.
Для понимания процессов разрушения металлов под воздействием внешней среды (коррозии металлов), необходимо рассмотреть, как протекают химические процессы их взаимодействия с водой, водными растворами щелочей, кислот и солей.
Общая схемаОВР металлов с водой следующая:
Ок-е: Ме о – ne g Ме n + Е о (Ме n + /Ме о )
Ок-е: Ме о – ne g Ме n + Е о (Ме n + /Ме о )
Рассмотрим на примере, как идет взаимодействие:
В общем виде уравнение записывают следующим образом:
3.Взаимодействие металлов с кислотами, в которых окислитель – катион водорода.
К таким кислотам следует отнести сильные кислоты: HCl, HBr, HI, H2SO4(разб.), а также кислоты средней силы и слабые: H2SO3, H3PO4, HF, H2CO3 и др., а также органические кислоты.
Схематично реакцию можно записать в следующем виде:
Ок-е: Ме о – ne g Ме n + Е о (Ме n + /Ме о )
Вос-е: 2Н + + 2е → Н2 Е о = 0 (потенциал водородного электрода в кислой среде).
2) 2Fe + 6НCl =2FeCl3 + 3H2 DЕ о = 0,04В
ЭДС первой реакции больше, чем второй (вторая реакция менее энергетически выгодна), поэтому окисление железа катионом водорода идет с образованием соли двухвалентного железа. Также окисляются хром, марганец, олово, свинец, образуя катионы металлов в степени окисления +2.
Металлы, имеющие положительные значения стандартного электродного потенциала, располагающиеся в таблице ниже водородного нуля, не взаимодействуют с этими кислотами, т.к. ЭДС реакции меньше нуля:
Ок-е: Cu – 2e ¦ Cu 2+ l x2 E o = +0,34B
Вос- е: О2 + 4H + + 4e ¦2H2O l x1 E o = 1,23B
DЕ о = 1,23 – (+0,34) = +0,89В > 0, следовательно реакция термодинамически возможна и практически идет.
Этой реакции соответствует гальванический элемент, в котором один из электродов – так называемый кислородный электрод. Его конструкция подобна нормальному водородному электроду, только вместо водорода к платиновой пластинке подается кислород под давлением 1 атм. В кислой среде на границе Рt-электролит реализуется указанное выше равновесие, а щелочной –
Некоторые металлы могут подвергаться солевой пассивации даже в разбавленных растворах соляной, серной кислот и других указанных выше кислот. Пассивация – это процесс образования плотных оксидных или солевых пленок, которые покрывают поверхность металла, препятствуя его дальнейшему окислению. Например, солевой пассивации подвергается свинец.
Pb + 2НCl = PbCl2¯ + H2 DЕ о = 0,13В > 0
Точно также идет процесс с разбавленной серной кислотой. Эта реакция т/д возможна, но практически не идет из-за образующихся на поверхности свинца малорастворимых хлоридов и сульфатов свинца.
В концентрированной соляной кислоте при нагревании нерастворимый хлорид свинца образует комплексное соединение:
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, магния, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
Содержание:
Содержание
Химические свойства щелочных металлов: взаимодействие, получение
Щелочные металлы находятся в первой группе периодической таблицы. Атомы этих элементов содержат один электрон на внешнем энергетическом уровне. Он расположен на большом расстоянии от ядра. Как и все металлы являются восстановителями и легко отдают электрон. Характерна степень окисления равная +1. В группе сверху вниз наблюдается увеличение металлических свойств. За счет растущей энергии ионизации способность отдавать электроны, а следовательно, электроотрицательность возрастают снизу вверх.
Франций является самым активным металлом, так как у него электрон находится на самом далеком расстоянии от ядра. Соответственно, его способность к восстановлению самая высокая.
2K + Cl2 → 2KCl 2Na + Cl2 → 2NaCl
Многие щелочные металлы способны взаимодействовать с разбавленными кислотами до образования водорода. Однако, реакция протекает стадийно, т.е. сначала металл реагирует с водой до образования щелочи, а затем происходит нейтрализация щелочи кислотой. Взаимодействие с кислотами сопровождается взрывом и поэтому такие реакции на практике не проводятся.
Получение
Например, натрий можно получить путем кальцинирования соды с углем.
Литий получают из его оксида при повышении температуры до 300°С.
Химические свойства щелочноземельных металлов: взаимодействие, получение
Главную подгруппу второй группы периодической системы химических элементов образуют металлы, которые получили название щелочноземельных. Так названы они потому, что гидраты их окислов («земель»), подобно гидратам окислов щелочных металлов, являются щелочами.
Внешний электронный слой их атомов состоит из двух электронов. Отдавая их, атомы этих металлов превращаются в ионы, несущие две единицы положительного заряда. Во всех своих соединениях металлы подгруппы бериллия положительно двухвалентны. В периодической таблице они соседствуют с щелочными металлами. Поэтому эти элементы проявляют высокую химическую активность, уступая в ней только щелочным металлам. Свойства металла повышаются с увеличением порядкового номера.
В приведенной выше реакции кусочек кальция сгорает с образованием белого дыма при нагревании. Он образован тончайшими твердыми частицами оксида кальция.
Фенолфталеин окрашивается в полученном растворе в малиновый цвет. Этот пример оправдывает ожидаемое сходство в химических свойствах щелочноземельных и щелочных металлов: оба взаимодействуют с водой с выделением водорода. Гидраты оксидов щелочноземельных металлов, как и щелочи, являются щелочами, то есть они растворимы в воде.
Взаимодействуют с азотом при нагревании, за исключением магния. Он реагирует с азотом в нормальных условиях. Продуктом реакции являются нитриды.
Получение
Основными способами получения металлов второй группы главной подгруппы являются электролиз расплавов, алюминотермия и вытеснение из их солей другими более активными металлами.
Химические свойства алюминия
Алюминий находится в третьей группе периодической системы элементов. Заряд ядра атома алюминия +13, на внешнем электронном слое три электрона.
По строению атомов и положению в периодической системе можно предположить, что у элементов третьей группы металлические свойства должны быть выражены слабее, чем у элементов второй группы. Это действительно так.
Алюминий – химически активный металл и проявляет себя как восстановитель. Однако его активность снижает оксидная пленка, которая образуется на его поверхности. Поэтому во многих реакциях пленка сначала удаляется, а затем осуществляется взаимодействие с веществами. Рассмотрим на конкретных примерах химические свойства алюминия.
В раздробленном состоянии и при повышенной температуре алюминий бурно реагирует с кислородом с выделением большого количества тепла. В результате образуется окись алюминия.
С концентрированной азотной и серной кислотой не реагирует. Поэтому концентрированная азотная кислота хранится в алюминиевых емкостях и транспортируется в алюминиевых резервуарах.
С разбавленной азотной кислотой вступает в реакцию с образованием
Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
Переходные элементы – металлы, расположены в побочных подгруппах периодической системы химических элементов. Так как у них происходит заполнение d-уровней в последнюю очередь, то их относят к d-элементам. Если последним заполняется f-уровень, то это f-элементы. Соответственно, химические свойства обусловлены таким строением атома. Рассмотрим химические свойства некоторых переходных элементов. У всех переходных элементов наблюдается так называемый «проскок электрона», т.е. электрон может переходить на соседнюю орбиталь в пределах одного электронного слоя.
2Zn + O2 → 2ZnO 4Cr + 3O2 → 2Cr2O3
При обычных условиях железо реагирует с парами воды и кислородом. Происходит процесс ржавления и образуется желто-бурая ржавчина – гидрат окиси железа.
