Металлы с водой, кислотами, щелочами, солями, оксидами

Ряд напряжений позволяет предсказать, с какими сложными веществами реагирует металл. Чем левее металл, тем более слабые окислители он восстанавливает: самые активные восстанавливают даже воду, металлы до водорода — ионы водорода кислот, любые металлы — ионы менее активных металлов.

С водой

Металлы до магния (щелочные и щёлочноземельные) реагируют с водой при обычной температуре, образуя щёлочь и водород. Магний реагирует с горячей водой. Алюминий реагирует с водой, только если снять оксидную плёнку (например, амальгамированием). Металлы средней активности (цинк, железо) реагируют с раскалённым водяным паром, образуя оксид и водород. Металлы после водорода с водой не реагируют.

\[ \ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}; \qquad \ce{Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 ^}; \qquad \ce{Mg + 2H2O ->[t^\circ] Mg(OH)2 + H2 ^} \]

\[ \ce{3Fe + 4H2O(\text{пар}) ->[t^\circ] Fe3O4 + 4H2}; \qquad \ce{Zn + H2O(\text{пар}) ->[t^\circ] ZnO + H2} \]

С кислотами

С кислотами-неокислителями (соляная, разбавленная серная) реагируют металлы, стоящие до водорода; образуются соль и водород. Железо и хром дают соли в степени окисления +2. Свинец практически не реагирует из-за нерастворимых \(\ce{PbCl2}\) и \(\ce{PbSO4}\):

\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}; \qquad \ce{2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2 ^}; \qquad \ce{Cu + HCl ->} \text{ реакции нет} \]

С азотной кислотой и концентрированной серной реагируют почти все металлы, но водород не выделяется (разделы о кислотах-окислителях).

Со щелочами

Со щелочами в растворе реагируют металлы, образующие амфотерные гидроксиды, — алюминий, цинк, бериллий: образуются гидроксокомплекс и водород. Железо, медь, магний со щелочами не реагируют:

\[ \ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}; \qquad \ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^} \]

С солями

Более активный металл вытесняет менее активный из раствора соли (если металл не реагирует с водой и соли растворимы):

\[ \ce{Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu}; \qquad \ce{Cu + 2AgNO3 -> Cu(NO3)2 + 2Ag}; \qquad \ce{Fe + CuCl2 -> FeCl2 + Cu} \]

Особый случай — соли железа(III): они окисляют медь и железо, но металл при этом не выделяется: \(\ce{Cu + 2FeCl3 -> CuCl2 + 2FeCl2}\), \(\ce{Fe + 2FeCl3 -> 3FeCl2}\).

С оксидами

Активные металлы при нагревании восстанавливают менее активные металлы из оксидов — это металлотермия. Алюминотермия даёт железо, хром, марганец; магний восстанавливает кремний и углерод:

\[ \ce{2Al + Fe2O3 ->[t^\circ] Al2O3 + 2Fe}; \qquad \ce{2Al + Cr2O3 ->[t^\circ] Al2O3 + 2Cr}; \qquad \ce{2Mg + CO2 ->[t^\circ] 2MgO + C} \]

Горящий магний продолжает гореть в углекислом газе, поэтому тушить его углекислотным огнетушителем нельзя.