Металл взаимодействует с водой при повышенной температуре
Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:
- благородные металлы (серебро, золото, платина);
- щелочные металлы (металлы, образованные элементами (I)А группы периодической системы);
- щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).
Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются восстановителями. Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).
Ряд активности металлов
| (Li, K, Ba, Ca, Na, ) | (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) | H2 | (Cu, Hg, Ag, Pt, Au) |
активные металлы | металлы средней активности | неактивные металлы |
1. Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.
2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые в ряду активности стоят после него (правее).
3. Металлы, находящиеся в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
4. Щелочные и щелочноземельные металлы в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.
Общие химические свойства металлов
Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами
1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.
Металл + кислород → оксид.
Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:
2Mg0+O02→2Mg+2O−2.
Видеофрагмент:
Обрати внимание!
Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.
2. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.
Металл + галоген → галогенид металла.
Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:
2Na0+Cl02→2Na+1Cl−1.
3. Металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.
Металл + сера → сульфид металла.
Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка:
Zn0+S0→Zn+2S−2.
Видеофрагмент:
Взаимодействие цинка с серой
4. Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и некоторыми другими неметаллами.
Например, при взаимодействии лития с азотом образуется нитрид лития:
6Li0+N02→2Li+13N−3.
При взаимодействии кальция с фосфором образуется фосфид кальция:
3Ca0+2P0→Ca+23P−32.
Взаимодействие со сложными веществами
1. Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя растворимое в воде основание (щёлочь) и водород.
Активный металл + вода → щёлочь + водород.
Например, при взаимодействии натрия с водой образуются гидроксид натрия и водород:
2Na0+2H+12O−2→2Na+1O−2H+1+H02.
Видеофрагмент:
Взаимодействие натрия с водой
Обрати внимание!
Некоторые металлы средней активности реагируют с водой при повышенной температуре, образуя оксид металла и водород.
Например, раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe_3O_4 и водород:
3Fe0+4H+12O−2→Fe+2O−2⋅Fe+32O−23+4H02.
2. Mеталлы, стоящие в ряду активности металлов левее водорода, взаимодействуют с растворами кислот, образуя соль и водород.
Металл + кислота → соль + водород.
Например, при взаимодействии алюминия с серной кислотой образуются сульфат алюминия и водород:
2Al0+3H+12S+6O−24→Al+32(S+6O−24)3+3H02.
Видеофрагмент:
Реакция алюминия с серной кислотой
3. Металлы реагируют с солями менее активных металлов в растворе, образуя соль более активного металла и менее активный металл в свободном виде.
Более активный металл + соль → соль более активного металла + менее активный металл.
Например, при взаимодействии железа с сульфатом меди((II)) образуются сульфат железа((II)) и медь:
Fe0+Cu+2S+6O−24→Fe+2S+6O−24+Cu0.
Видеофрагмент:
Взаимодействие железа с сульфатом меди
Источник
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ
ЗАПОМНИТЕ!!!
Щелочные металлы – это I группа, А – главная подгруппа – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Щелочно-земельные металлы – это II группа, А – главная подгруппа (Be, Mg не относятся) – Ca, Sr, Ba, Ra
n I
Основания – это сложные вещества с общей формулой Ме(ОН)n
ОН – гидроксильная группа, с валентностью (I)
Щёлочи – это растворимые в воде основания (см. ТАБЛИЦУ РАСТВОРИМОСТИ)
I n
Кислоты – это сложные вещества с общей формулой Нn (КО)
(КО) – кислотный остаток
V-VII
Кислотный оксид – неМех Оу и Мех Оу
I, II
Основные оксиды – Мех Оу
I. Взаимодействие воды с металлами.
В зависимости от активности металла, реакция протекает при различных условиях и образуются разные продукты.
1). Взаимодействие с самыми активными металлами, стоящими в периодической системе в I А и I I А группах (щелочные и щелочно-земельные металлы) и алюминий. В ряду активности эти металлы расположены до алюминия (включительно)
Реакция протекает при обычных условиях, при этом образуется щелочь и водород.
I I
2Li + 2 H2O = 2 Li OH + H2 (протекает реакция замещения)
HOH гидроксид
лития
I I I
Ba + 2 H2O = Ba (OH)2 + H2
2 Al + 6 H2O = 2 Al (OH)3 + 3 H2
гидроксид
алюминия
ОН – гидроксогруппа, она всегда одновалентна
ВЫВОД – активные металлы – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ca, Sr, Ba, Ra + Al – реагируют так
Me + H2O = Me(OH)n + H2 (р. замещения)
основание
2) Взаимодействие с менее активными металлами, которые расположены в ряду активности от алюминия до водорода.
Реакция протекает только с парообразной водой, т.е. при нагревании.
При этом образуются: оксид этого металла и водород.
I I I I
Fe + H2O = FeO + H2 (протекает реакция замещения)
оксид
железа
Ni + H2O = NiO + H2
(Валентность металла можно легко определить по ряду активности металлов, над их символом стоит значение, например +2, это означает, что валентность этого металла равна 2).
ВЫВОД – металлы средней активности, стоящие в ряду активности до (Н2) – Be, Mg, Fe, Pb, Cr, Ni, Mn, Zn – реагируют так
Me + Н2О = Мех Оу + Н2 (р. замещения)
Оксид
металла
3) Металлы, стоящие в ряду активности после водорода, не реагируют с водой.
Cu + H2O = нет реакции
I I. Взаимодействие с оксидами (основными и кислотными)
С водой взаимодействуют только такие оксиды, которые при взаимодействии с водой дают растворимый в воде продукт (кислоту или щелочь).
1). Взаимодействие с основными оксидами.
С водой взаимодействуют только основные оксиды активных металлов, которые расположены в в I А и I I А группах, кроме Ве и Mg (оксид алюминия не реагирует, т.к. он амфотерный). Реакция протекает при обычных условиях, при этом образуется только щелочь.
I I I
Na2O + H2O = 2 NaOH BaO + H2O = Ba (OH)2 (протекает реакция соединения)
I
H2O + ОСНОВНЫЙ ОКСИД = Ме(ОН)m (р. соединения)
Щёлочь
Al2O3 + H2O = нет реакции
BeO + H2O = нет реакции
MgO + H2O = нет реакции
2) Взаимодействие кислотных оксидов с водой.
Кислотные оксиды реагируют с водой все. Исключение составляет только SiO2.
При этом образуются кислоты. Во всех кислотах на первом месте расположен водород, поэтому уравнение реакции записывают так:
SO3 + H2O = H2SO4 P2O5 + H2O = 2 HPO3
SO3 холодная
+ H2 O P2O5
H2SO4 + H2 O
H2P2O6
P2O5 + 3 H2O = 2 H3 PO4
Горячая
P2O5
+ H6 O3
H6 P2O8
Обратите внимание, что в зависимости от температуры воды при взаимодействии с Р2 О5 образуются разные продукты.
H2O + КИСЛОТНЫЙ ОКСИД = Hn A (р. соединения)
Кислота
Внимание! SiO2 + H2O = нет реакции
IV Взаимодействие воды c неметаллами
Примеры: Cl2 + H2O = HCl + HClO
t
C + H2O = CO + H2
уголь угарный газ
t
Si + 2H2O = SiO2 + 2H2 .
Источник
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
По химическим свойствам металлы подразделяют на:
1)Активные (щелочные и щелчноземельные металлы, Mg, Al, Zn и др.)
2) Металлы средней активности (Fe, Cr, Mn и др.) ;
3)Малоактивные
4) Благородные металлы – Au, Pt, Pd и др.
По химическим свойствам металлы подразделяют на:
1)Активные (щелочные и щелчноземельные металлы, Mg, Al, Zn и др.)
2) Металлы средней активности (Fe, Cr, Mn и др.) ;
3)Малоактивные
4) Благородные металлы – Au, Pt, Pd и др.
В реакциях – только восстановители. Атомы металлов легко отдают электроны внешнего (а некоторые – и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.
Возможные степени окисления Ме
Низшая 0,+1,+2,+3
Высшая +4,+5,+6,+7,+8
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
С ВОДОРОДОМ
Реагируют при нагревании металлы IA и IIA группы, кроме бериллия – образуются твёрдые нестойкие вещества гидриды. Остальные металлы не реагируют.
2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)
Ca + H₂ = CaH₂ (гидрид кальция)
С КИСЛОРОДОМ
Реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив.
Щелочные металлы при нормальных условиях образуют оксиды, пероксиды, надпероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид)
4Li + O2 = 2Li2O (оксид)
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)
K+O2=KO2 (надпероксид)
Остальные металлы главных подрупп при нормальных условиях образуют оксиды со степенью окисления, равной номеру группы
2Сa+O2=2СaO
4Al + O2 = 2Al2O3
Металлы побочных подрупп образуют оксиды при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а железо железную окалину Fe3O4 (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)
3Fe + 2O2 = Fe3O4
4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный) 2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный );
2Zn + O₂ = ZnO
4Cr + 3О2 = 2Cr2О3
С ГАЛОГЕНАМИ
Образуются галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды).
Щелочные при нормальных условиях с F, Cl , Br воспламеняются:
2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)
Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:
Сa+Cl2=СaCl2
2Al+3Cl2 = 2AlCl3
Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах
Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂
Zn + Cl₂ = ZnCl₂
2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (+3)
2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3
2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (+2)!)
С СЕРОЙ
Реакция идет при нагревании даже с щелочными металлами, исключение: с ртутью при нормальных условиях. Образуются сульфиды.
Реагируют все металлы, кроме золота и платины.
2K + S = K2S
Сa+S = СaS
2Al+3S = Al2S3
Cu + S = Cu⁺²S
2Cr + 3S = Cr2⁺³S3
Fe + S = Fe⁺²S
С ФОСФОРОМ
Реакции протекают при нагревании: Образуются фосфиды.
3Ca + 2P =Са3P2
A1 + P = A1P
Фосфиды неустойчивы, разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина.
С АЗОТОМ
Реакции протекает при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях).
Образуются нитриды
6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.)
3Mg + N2 = Mg3N2
2Al + N2 = 2A1N
2Cr + N2 = 2CrN
3Fe + N2 = Fe₃⁺²N₂¯³
С УГЛЕРОДОМ
Реакции протекает при нагревании. Образуются карбиды со степенью окисления со степенью окисления углерода от -4 до -1. У щелочных и щелочноземельных металлов -1, у остальных чаще всего -4.
2Li + 2C = Li2C2,
Са + 2С = СаС2
4Al+3C = Al4C3
С КРЕМНИЕМ
Реакции протекают при нагревании до высоких температур. Образуются силициды.
4Cs + Si = Cs4Si,
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ
С водой реагируют металлы, стоящие до водорода в электрохимическом ряду напряжений
Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой без нагревания , образуя растворимые гидроксиды( щелочи ) и водород, алюминий (после разрушения оксидной пленки – амальгирование),
магний при нагревании, алюминий после амальгирования (снятия оксидной пленки амальгамой –сплавы ртути с металлами) – образуются нерастворимые основания и водород.
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
Сa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2↑
2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2↑
Остальные металлы реагируют с водой только в раскаленном состоянии , образуя оксиды (железо – железную окалину)
Zn + Н2O = ZnO + H2↑
3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2↑
2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂↑
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С КИСЛОРОДОМ И ВОДОЙ
На воздухе железо и хром легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ
Металлы взаимодействуют с оксидами неметаллов и менее активных металлов.
Металлы (Al, Mg,Са ), восстанавливают при высокой температуре неметаллы или менее активные металлы из их оксидов → неметалл или малоактивный металл и оксид (кальцийтермия, магнийтермия, алюминотермия)
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C)
8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (термит)
2Mg + CО2 = 2MgO + С
Mg + N2O = MgO + N2↑
Но реакции могут идти и по другому механизму:
Zn + CО2 = ZnO+ CO
3Zn + SО2 = ZnS + 2ZnO
Металлы железо и хром реагируют со оксидами, уменьшая степень окисления
Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O
Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ПЕРОКСИДАМИ
Щелочные металлы при взаимодействии с пероксидами и надпероксидами переводят их в оксиды
2Na + Na2O2 = 2Na2O
3K+ KO2 = 2K2O
6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ (исключение HNO3 и H2SO4 (конц)
Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот → соль и водород.
Мg + 2НС1 = МgСl2 + Н2↑
Al + 2НС1 = Al⁺³Сl₃ + Н2↑
Хром и железо проявляют степень +2
С концентрированной серной и азотной любой концентрации реакции идет по другому механизму:
*Пассивация – металлы не реагируют с концентрированной кислотой без нагревания из-за наличия плотной оксидной плёнки (Al,Cr,Fe).
Золото и платина растворяются только в царской водке (один объем концентрированной (63%-ной) азотной кислоты и три объема концентрированной соляной кислоты), с образованием комплексных соединений золота и платины:
Аu + HNО3 + 4НСl = Н[АuСl4] + NO + 2Н2О
(Тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота))
ЗРt + 4HNО3 + 18НС1 = ЗН2[РtС16] + 4NО + 8Н2О
(Тетрахлорплатинат(III) водорода (платинохлористоводородная кислота)
7. РЕАКЦИИ С СОЛЯМИ
Активные металлы вытесняют из солей менее активные.
Восстановление из растворов солей:
CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu
FeSO4 + Cu =
Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 + Сu
Восстановление металлов из расплавов их солей
3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al
TiCl2 + 2Mg = MgCl2 +Ti
Металлы групп В реагируют с солями, понижая степень окисления.
2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2
8. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ СО ЩЕЛОЧАМИ
Со щелочами взаимодействуют только те металлы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) и др.
РАСПЛАВ → соль металла + водород.
2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2↑ (цинкат натрия)
2Al + 2(NaOH · H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
РАСТВОР → комплексная соль металла + водород.
2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2[Zn+2(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)
2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА С ОКСИДАМИ
Восстановливает оксиды металлов (неактивных) до простых веществ (водородотермия):
CuO + H₂ = Cu + H₂O
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ (оксидами неметаллов и менее активных металлов)
Металлы (Al, Mg,Са ), восстанавливают при высокой температуре неметаллы или менее активные металлы из их оксидов → неметалл или малоактивный металл и оксид (кальцийтермия, магнийтермия, алюминотермия)
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C)
8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (термит)
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УГЛЕРОДА С ОКСИДАМИ
Углерод восстанавливает при нагревании металлы из их оксидов(карботермия), в углекислом газе уменьшает степень окисления
2ZnO + C = 2Zn + CO
4С + Fe₃O₄ = 3Fe + 4CO
4.НЕПОЛНОЕ СГОРАНИЕ БЕСКИСЛОРОДНЫХ КИСЛОТ
Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода
2H2S + O2 = 2S + 2H2O
7(Б) Тесты ФИПИ 2015 по теме “Физические свойства и строение металлов и неметаллов” блок 1
7(Б) Тесты ФИПИ 2015 по теме “Физические свойства и строение металлов и неметаллов” блок 2
7(Б) Тесты ЕГЭ ФИПИ 2015 к теме “Свойства металлов”
Источник
Содержание
- Химические свойства щелочных металлов: взаимодействие, получение
- Химические свойства щелочноземельных металлов: взаимодействие, получение
- Химические свойства алюминия
- Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
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.
- В нормальных условиях щелочные металлы взаимодействуют с кислородом. Они очень активны в таких реакциях, поэтому их хранят под слоем вазелинового масла. Продукты реакции могут быть оксидами или пероксидами.
4Li + O2 → 2Li2O
2Na + O2 → Na2O2 - Щелочные металлы вступают с водой в реакцию при нормальных условиях. Водород вытесняется из воды, и в качестве продукта реакции образуется растворимое основание – щелочь. Для распознавания щелочи можно использовать индикатор – фенолфталеин. При добавлении в раствор он окрашивается в малиновый цвет. Реакции с водой протекают очень бурно, литий «взрывается» в воде, натрий «кипит». При этом водород выделяется в виде белого пара клубами.
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
2Li + 2H2O → 2LiOH + H2↑ - Вступают в реакции с галогенами, образуя галогениды.
2K + Cl2 → 2KCl
2Na + Cl2 → 2NaCl - Характерно взаимодействие с водородом при нагревании, продуктом реакции являются гидриды. Например, продуктом реакции калия и водорода будет гидрид калия.
H2↑ + 2K → 2KH
- С серой при нагревании образуют сульфиды. Это твердое, бесцветное вещество, растворимое в воде.
2Na + S → Na2S
- При нагревании происходит реакция с фосфором, фосфиды являются продуктом.
3K + P → K3P
- Литий и натрий могут вступать в реакцию с углеродом при нагревании. В результате образуются карбиды. Остальные щелочные металлы в эти реакции не вступают.
2Li + 2C → Li2C2
- С азотом при обычных условиях реагирует только литий, с остальными щелочными металлами реакция возможна только при нагревании.
6Li + N2 → 2Li3N
- Взаимодействуют со спиртами, образуя алкоголяты.
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑
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
- Основным методом получения щелочных металлов является электролиз галогенидных расплавов. При этом чаще всего используются хлориды, входящие в состав природных минералов.
- Другими способами получения щелочных металлов могут быть получение из его оксидов и солей.
Например, натрий можно получить путем кальцинирования соды с углем.
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO↑
Литий получают из его оксида при повышении температуры до 300°С.
2Li2O + Si + 2CaO → 4 Li + Ca2SiO4
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.
- Вступают в реакции с кислородом, продуктом реакции становятся оксиды, исключение барий, он образует пероксид BaO2. Бериллий и магний взаимодействуют с кислородом только при очень высоких t, так как покрыты тонкой защитной оксидной пленкой.
2Ca + O2 → 2CaO
В приведенной выше реакции кусочек кальция сгорает с образованием белого дыма при нагревании. Он образован тончайшими твердыми частицами оксида кальция.
- Подобно щелочным металлам взаимодействуют с водой, но менее активно. В результате образуется гидрат оксида и вытесняется водород.
Ca + 2H2O → 2Ca(OH)2 + H2↑
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.
- Все металлы, кроме бериллия, вступают в реакцию с галогенами. Бериллий взаимодействует с галогенами только при повышенных температурах. Продуктом реакции являются галогениды.
Ca + Cl2 → CaCl2
- При нагревании с водородом реагируют все щелочноземельные металлы, кроме бериллия. В результате образуются гидриды.
Ca + H2 → CaH2
- Реагируют с серой, в результате чего образуются сульфиды.
Ca + S → CaS
Взаимодействуют с азотом при нагревании, за исключением магния. Он реагирует с азотом в нормальных условиях. Продуктом реакции являются нитриды.
3Be + N2 → Be3N2
3Mg + N2 → Mg3N2- Могут вступать в реакции с кислотами, в результате образуют соли соответствующей кислоты и водород.
Be + H2SO4 (разб.) → BeSO4 + H2↑
Получение
Основными способами получения металлов второй группы главной подгруппы являются электролиз расплавов, алюминотермия и вытеснение из их солей другими более активными металлами.
CaO + Al → Al2O3 + Ca
MgBr2 + Ca → CaBr2 + Mg
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.
При химических реакциях атом алюминия отдает три электрона внешнего слоя, обращаясь в трех зарядный положительный ион Al3+. Поэтому во всех его устойчивых соединениях алюминий положительно трехвалентен. Его соединения проявляют амфотерные свойства.
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.
- Алюминий соединяется с кислородом воздуха и при нагревании и при обыкновенной температуре. На его поверхности быстро образуется тончайшая плотная пленка окиси алюминия. Она трудно проницаема для газов и защищает металл от дальнейшего окисления.
В раздробленном состоянии и при повышенной температуре алюминий бурно реагирует с кислородом с выделением большого количества тепла. В результате образуется окись алюминия.
4Al + 3O2 → 2Al2O3
- Со многими неметаллами реакции происходят при нагревании.
2Al + 3S → Al2S3
Al + P → AlP
2Al + N2 → 2AlN
4Al + 3C → Al4C3 - С водой взаимодействует при удалении оксидной пленки. Реакция протекает энергично, вытесняя водород из воды.
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2
- Взаимодействие с кислотами. Опустим алюминиевые стружки в пробирку с соляной или разбавленной серной кислотой. Алюминий растворяется, вытесняя из кислоты водород и образуя соль.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑
2Al +3H2SO4(разб.)→ Al2(SO4)3 + 3H2↑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
N2O, N2 или NH4NO3. 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
- Поскольку алюминий обладает амфотерными свойствами, он характеризуется реакциями со щелочами.
2Al + 2NaOH + 10H2O → 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2↑
- Алюминий взаимодействует с окислами большинства металлов, вытесняя менее активный металл. Этот метод используется в промышленности для получения металлов и называется алюминотермией.
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3
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.
- Взаимодействие с кислородом
- В кислороде железо сгорает, разбрасывая искры – раскаленные капли железной окалины, а при накаливании на воздухе окисляется с поверхности, образуя окалину в виде корки. Во всех случаях образуется железная окалина. 3Fe + 2O2 → Fe3O4
- Медь, цинк и хром вступают в реакцию с кислородом только при нагревании
2Zn + O2 → 2ZnO
4Cr + 3O2 → 2Cr2O3
- Взаимодействие с неметаллами.
- Железо способно реагировать с азотом, фосфором, углеродом и серой. Энергично реагирует при нагревании с серой, образуя сернистое железо.
Fe + S → FeS
- Медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием. Характерны реакции с серой при нагревании.
- При нагревании цинк взаимодействует с серой и фосфором. С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк в реакции не вступает.
Zn + S → ZnS
- Хром взаимодействует с азотом, серой, бором, углеродом и кремнием при повышенных температурах.
2Cr + 3C → Cr2C3
- Железо способно реагировать с азотом, фосфором, углеродом и серой. Энергично реагирует при нагревании с серой, образуя сернистое железо.
- Взаимодействие с галогенами
- Железный порошок, предварительно нагретый и внесенный в колбу с хлором, сгорает, образуя бурый дым – хлорное железо.
3Cl2 + 2Fe → 3FeCl2
- Медь и хром с галогенами вступает в реакции при нагревании.
Cu + Br2 → CuBr2
2Cr + 3Cl2 → 2CrCl3 - Цинк вступает в реакции с галогенами при нормальных условиях, в качестве катализатора необходимы пары воды.
Zn + Cl2 → ZnCl2
- Железный порошок, предварительно нагретый и внесенный в колбу с хлором, сгорает, образуя бурый дым – хлорное железо.
- При нагревании характерно взаимодействие с водой железа, цинка, хрома. Медь неактивный металл, поэтому с водой не реагирует.
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + H2↑
При обычных условиях железо реагирует с парами воды и кислородом. Происходит процесс ржавления и образуется желто-бурая ржавчина – гидрат окиси железа.
3Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3↓
- Взаимодействие с кислотами (подробно рассмотрено в разделе «Общие химические свойства металлов»).
- Железо, цинк и хром способны вытеснять из водных растворов солей медь и другие металлы, расположенные правее в ряду активности.
Fe + CuSO4 → Cu + FeSO4
Смотри также:<