Металлы: строение и общие свойства. Электрохимический ряд напряжений
Металлы — элементы с 1–3 электронами на внешнем слое (кроме IV–VIA больших периодов) и большим радиусом атома; легко отдают электроны — металлы — восстановители. Металлическая связь и решётка дают общие физические свойства металлов: металлический блеск, пластичность (ковкость), тепло- и электропроводность (лучшие — \(\ce{Ag}\), \(\ce{Cu}\), \(\ce{Au}\), \(\ce{Al}\)), твёрдость (кроме \(\ce{Hg}\) — жидкость; щелочные — мягкие), плотность (лёгкие — \(\ce{Li}\), \(\ce{Na}\), \(\ce{K}\), \(\ce{Mg}\), \(\ce{Al}\); тяжёлые — \(\ce{Pb}\), \(\ce{Hg}\), \(\ce{Os}\)), температура плавления (\(\ce{Hg}\) −39 °C, \(\ce{W}\) 3400 °C). Самый активный — \(\ce{Fr}\) (\(\ce{Cs}\)), самый распространённый в земной коре — \(\ce{Al}\), затем \(\ce{Fe}\).
| Реакция | Условие | Примеры |
|---|---|---|
| С неметаллами | образуются оксиды, галогениды, сульфиды; \(\ce{Fe}\) с \(\ce{Cl2}\) и \(\ce{O2}\) окисляется до +3 (\(\ce{Fe3O4}\)), с \(\ce{S}\) и \(\ce{HCl}\) — до +2 | \(\ce{2Mg + O2 = 2MgO}\); \(\ce{4Al + 3O2 = 2Al2O3}\); \(\ce{2Na + Cl2 = 2NaCl}\); \(\ce{Fe + S = FeS}\); \(\ce{2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3}\); \(\ce{3Fe + 2O2 = Fe3O4}\); \(\ce{2Al + 3S = Al2S3}\); \(\ce{Ca + H2 = CaH2}\) |
| С водой | щелочные металлы и \(\ce{Ca}\), \(\ce{Ba}\) — при обычных условиях (→ щёлочь + \(\ce{H2}\)); \(\ce{Mg}\) — при кипячении; \(\ce{Al}\) — без оксидной плёнки; \(\ce{Zn}\), \(\ce{Fe}\) — с паром при нагревании (→ оксид + \(\ce{H2}\)); \(\ce{Cu}\), \(\ce{Ag}\), \(\ce{Au}\) — не реагируют | \(\ce{2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ^}\); \(\ce{Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 ^}\); \(\ce{3Fe + 4H2O(\text{пар}) ->[t^\circ] Fe3O4 + 4H2 ^}\); \(\ce{Zn + H2O ->[t^\circ] ZnO + H2 ^}\) |
| С кислотами (\(\ce{HCl}\), разб. \(\ce{H2SO4}\)) | металлы, стоящие в ряду напряжений левее \(\ce{H}\), вытесняют водород (\(\ce{Fe}\) → +2!). \(\ce{Cu}\), \(\ce{Hg}\), \(\ce{Ag}\), \(\ce{Au}\) — нет. \(\ce{HNO3}\) и конц. \(\ce{H2SO4}\) реагируют иначе — без \(\ce{H2}\); \(\ce{Al}\), \(\ce{Fe}\), \(\ce{Cr}\) в них пассивируются на холоде | \(\ce{Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ^}\); \(\ce{Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ^}\); \(\ce{2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 ^}\); \(\ce{Cu + 2H2SO4(\text{конц.}) = CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\) |
| С растворами солей | более активный металл (левее в ряду) вытесняет менее активный; щелочные металлы с растворами солей реагируют с водой | \(\ce{Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu}\); \(\ce{Zn + Pb(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Pb}\); \(\ce{Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag}\); \(\ce{Cu + FeSO4}\) — не идёт |
| Со щелочами | только амфотерные металлы (\(\ce{Zn}\), \(\ce{Al}\), \(\ce{Be}\)) | \(\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}\); \(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}\) |
| Реакция | Условие | Примеры |
|---|---|---|
| Со щелочами | только амфотерные металлы (\(\ce{Zn}\), \(\ce{Al}\), \(\ce{Be}\)) | \(\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}\); \(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}\) |
\[ \ce{Li\ K\ Ba\ Ca\ Na\ Mg\ Al\ Mn\ Zn\ Cr\ Fe\ Ni\ Sn\ Pb\ (H2)\ Cu\ Hg\ Ag\ Pt\ Au} \]
В электрохимическом ряду напряжений металлы расположены по убыванию восстановительной активности (Н. Н. Бекетов). Выводы:
| Получение металлов | Пример |
|---|---|
| Пирометаллургия — восстановление из оксидов углём, \(\ce{CO}\), водородом при нагревании | \(\ce{CuO + H2 ->[t^\circ] Cu + H2O}\); \(\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t^\circ] 2Fe + 3CO2}\); \(\ce{2ZnO + C ->[t^\circ] 2Zn + CO2}\) |
| Алюминотермия — восстановление алюминием | \(\ce{Cr2O3 + 2Al ->[t^\circ] 2Cr + Al2O3}\) |
| Гидрометаллургия — вытеснение из раствора соли более активным металлом | \(\ce{CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu}\) |
| Электролиз расплавов — для самых активных металлов | \(\ce{2NaCl ->[\text{электролиз}] 2Na + Cl2 ^}\); \(\ce{2Al2O3 ->[\text{электролиз}] 4Al + 3O2 ^}\) |
- чем левее металл, тем он активнее и легче отдаёт электроны;
- металлы левее \(\ce{H}\) вытесняют водород из растворов кислот (кроме \(\ce{HNO3}\));
- каждый металл вытесняет из растворов солей металлы, стоящие правее (кроме щелочных и щёлочноземельных — они реагируют с водой);
- металлы от \(\ce{Li}\) до \(\ce{Na}\) реагируют с водой при обычных условиях; щелочные металлы хранят под керосином.
| Получение металлов | Пример |
|---|---|
| Электролиз расплавов — для самых активных металлов | \(\ce{2NaCl ->[\text{электролиз}] 2Na + Cl2 ^}\); \(\ce{2Al2O3 ->[\text{электролиз}] 4Al + 3O2 ^}\) |
Закрепите теорию: 12 терминов с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward