Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
_koax_files_Chemistry-inorganic.pdf
Скачиваний:
148
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
4 Мб
Скачать
☆

Обзор свойств металлов

Металлы известны с давних пор (золото,

серебро).

Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, встречаются в свободном виде, в виде самородков.

Остальные металлы встречаются в связанном виде,

в виде соединений.

Минералы, горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные к их промышленному получению, называют рудами.

В рудах металлы находятся в виде оксидов,

сульфидов, карбонатов, силикатов и фосфатов.

Металлы

Способы получения металлов из руд:

пирометаллургия;

гидрометаллургия;

электрометаллургия.

Способы получения металлов из руд

Пирометаллургия – это восстановление металлов из руд

при высоких температурах под действием восстановителей.

В зависимости от типа восстановителя различают:

карботермию;

металлотермию.

Способы получения металлов из руд

Карботермия – восстановление металла углеродом или

монооксидом углерода:

Fe2O3 +C t →2FeO +CO ↑;

FeO +CO t→Fe +CO2 ↑;

FeO +C t→Fe +CO ↑.

Так получают металлы, которые не дают прочных карбидов.

Способы получения металлов из руд

Если металл образует прочные карбиды, то в качестве восстановителя используют

более активный металл: магний,

алюминий, кремний, натрий, калий.

Такой способ получения металлов называют металлотермией.

Чаще восстановителем является алюминий. Тогда метод называют алюминотермией.

Сr2O3 + Al t→Cr + Al2O3.

Способы получения металлов из руд

Для получения металлов, чистых от углерода, в качестве восстановителя используют водород:

WO3 + H2 t→W + H2O

Водород дает взрывоопасную смесь с кислородом и его применение

ограничено.

Способы получения металлов из руд

Гидрометаллургия – это восстановление металлов из

растворов их солей.

Медную руду, содержащую CuO,

растворяют в серной кислоте:

СuO + H2 SO4 =CuSO4 + H2O.

Из раствора медь восстанавливают порошком железа:

СuSO4 + Fe = FeSO4 +Cu.

Способы получения металлов из руд

Электрометаллургия – это получение металлов из растворов или расплавов электролизом.

Читайте ранее рассмотренную тему электролиз.

Физические свойства металлов

Благодаря наличию в металлах

металлической связи,

обусловливающей электростатическое

взаимодействие катионов металла

со свободными электронами, металлы обладают рядом общих свойств.

Физические свойства металлов

1. Металлический блеск – способность отражать свет.

2. Наличие кристаллической решетки.

3. Малые энергии ионизации (металлы легко отдают свои валентные электроны).

4. Электропроводность, обусловленная тем,

что электроны не принадлежат

конкретному атому, а свободно перемещаются в металле.

В ряду: Ag, Cu, Au, Al, Fe …

электропроводность уменьшается

Физические свойства металлов

Если повысить температуру, то электропроводность уменьшается за счет

возрастающего движения катионов металла в узлах кристаллической решетки.

5. Теплопроводность. Тепловая энергия

хорошо передается в металлах благодаря

свободно перемещающимся электронам и колебаниям ионов в узлах

кристаллической решетки.

Физические свойства металлов

6. Пластичность – способность металла изменять форму без разрушения.

В ряду: Au, Ag, Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Fe, …

пластичность уменьшается.

Благодаря пластичности металлы поддаются ковке, штамповке, прокатке,

вытягиваются в проволоку.

Физические свойства металлов

7. Плотность (ρ).

Если: ρ < 5 г/см3 – легкий металл,

ρ> 5 г/см3 – тяжелый металл.

Самый легкий металл – литий:

ρ(Li) = 0,53 г/см3.

Самый тяжелый металл – осмий:

ρ(Os) = 22,6 г/см3.

Физические свойства металлов

8.Температура плавления.

Самый тугоплавкий металл

вольфрам:

Tпл (W) = 3390°C .

Самые легкоплавкие металлы:

галлий и цезий:

Tпл(Ga) = 29,8°C; Tпл(Cs) = 28, 5°C.

Физические свойства металлов

9.Твердость – сопротивление проникновению другого тела.

Литий, натрий, калий можно резать ножом. Хром сам режет стекло.

10.Способность к образованию сплавов.

Металлы образуют между собой растворы в жидком и твердом состояниях.

Жидкие растворы, кристаллизуясь, дают

сплавы, свойства которых можно изменять.

Химические свойства металлов

Главное химическое свойство металлов – отдавать электроны:

+.

1. Отношение к кислороду.

Все металлы окисляются кислородом.

Ме0 +О2 → Me2On .

Многие металлы дают прочные оксидные пленки, которые защищают металл от дальнейшего окисления: Al, Zn, Sn, Pb, …

Fe дает рыхлую оксидную пленку, которая не защищает его от дальнешего окисления.

Химические свойства металлов

2. Отношение к воде.

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из воды.

Щелочные и щелочноземельные металлы делают это при комнатной температуре.

Na + H2O → NaOH + H2 ↑. 2 Na0 −e = Na+, о−ие,

1 2H2O +2e = H2 ↑ +2OH −, в−ие.

Химические свойства металлов

Другие металлы вытесняют водород из воды при нагревании:

Al + H2O t →Al2O3 + H2 ↑.

Уравниваем методом электронного баланса:

1

 

2Al0 −3e 2 →2Al+3 , о−ие,

 

3

 

2H + +2e → H2 ↑, в−ие.

 

 

Химические свойства металлов

3. Отношение к неметаллам . Галогены окисляют металлы на свету:

Fe +Cl2 = FeCl2 .

хлорид железа (II)

Другие неметаллы окисляют металлы при нагревании :

Fe +C t →Fe3C.

карбид железа (II), цементит

Химические свойства металлов

Fe + Si t →Fe3Si.

силицид железа (II)

Fe + H2 t →FeH2 .

гидрид железа (II)

4. Более активные металлы

восстанавливают менее активные из

растворов их солей:

 

2+

2+

+Cu0 .

Cu SO

+ Fe0 = Fe SO

4

4

 

Химические свойства металлов

5. Отношение к щелочам.

Со щелочами взаимодействуют металлы, оксиды и гидроксиды которых амфотерны.

Такие металлы стоят в ряду напряжений до водорода и вытесняют его из воды.

NaOH +Zn + H2O → Na2 ZnO2 + H2 ↑.

1 Zn0 −2e +4OH − = ZnO22− +2H2O, о−ие;

1 2H2O +2e → H2 ↑ +2OH −, в−ие.

6. Взаимодействие металлов с кислотами

По отношению к металлам кислоты

делят на:

окислительные;

неокислительные.

Неокислительными называют кислоты, в

которых при взаимодействии с металлами

степень окисления меняет водород.

К ним относятся все органические и минеральные кислоты, кроме H2SO4 конц.

иHNO3 любой концентрации .

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Окислительной считают кислоту, у

которой при взаимодействии с металлом

степень окисления меняет кислотообразующий элемент.

К ним относят кислоты: H2SO4 конц и HNO3 любой концентрации.

6. Взаимодействие металлов с кислотами

а) металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из

неокислительных кислот:

Fe +HCl → FeCl2 +H2 ↑.

1 Fe0 −2e = Fe2+, о−ие;

1 2H + +2e = H2 ↑, в−ие.

Cu +HCl =

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Fe + H2 SO4 разб. = FeSO4 + H2 ↑.

Cu + H2 SO4 разб. =

6. Взаимодействие металлов с кислотами

б) с окислительными кислотами:

продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и концентрации

кислоты.

Чем активнее металл и концентрированнее кислота, тем глубже

идет восстановление

кислотообразующего элемента.

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Чем больше электронов участвует в восстановительном процессе, тем глубже процесс восстановления.

Запишем уравнения реакций в общем виде:

Мe + H

 

+6

 

→ Мe (SO )

 

+ H

 

+4

, H

 

−2

2

SO

4конц.

n

О+ S O , S0

2

S .

 

 

2

 

4

2

 

2

 

 

 

 

+5

→ Мe(NO )

 

+ H

+4

+2

 

−3

 

Мe + H NO

n

О+ N O , N O, N 0

, N H +

 

 

3

 

3

 

2

 

 

2

2

 

 

4

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

 

 

НNO3

конц

 

 

 

NO2

 

 

 

 

Н2SO4 конц

 

Н2S

 

S

 

SO2

 

 

НNO3

разб

 

NH4+

N2

 

 

N O

NO

 

 

 

 

2

 

6. Взаимодействие металлов с кислотами

При протекании реакции концентрация

кислоты уменьшается и продукты восстановления меняются.

В таблице данные для начального момента реакции.

Концентрированные кислоты пассивируют металлы при комнатной

температуре, так как поверхность металла блокируется образующейся солью.

Примеры

Закончите уравнения реакций и

расставьте коэффициенты методом электронно-ионного баланса.

Пример 1.

−2

 

 

 

+6

+ H2O + Na2 SO4

Na + H2 SO4конц. t → H2

S

1

 

 

SO42− +8e +10H + = H2 S +4H2O, в−е,

 

4

 

2Na0 −2e = 2Na+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

+.

SO2− +10Н+ +8Na = H

S ↑ +4H

O +8Na

4

2

 

2

 

 

8Na +5H2 SO4конц. = 4Na2 SO4 + H2 S +4H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

НNO3 конц

NO2

Н2SO4 конц

 

Н2S

S

SO2

НNO3 разб

NH4+

N2

N O

NO

 

 

2

 

Примеры

Пример 2.

+6

 

 

 

 

 

 

Fe + H2 SO4 конц. t → S 0 + H2O+ Fe2 (SO4 )3.

1

 

SO2− +6e

+8H + = S 0 +4H

O,

в

−

е,

 

 

 

4

 

2

 

 

1

 

2Fe0 −6e = 2Fe3+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SO2− +8Н+

+2Fe = S +4H

O +2Fe3+.

4

2

 

 

 

 

 

2Fe +4H2 SO4 конц. = Fe2 (SO4 )3 + S ↓ +4H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

НNO3 конц

NO2

Н2SO4 конц

 

Н2S

S

SO2

НNO3 разб

NH4+

N2

N O

NO

 

 

2

 

Примеры

Пример 3.

 

 

 

+6

+4

 

 

 

 

 

Сu + H2

SO4конц. t →S О2

+ H

O

+CuSO

 

 

 

 

+4

 

2

 

4

 

 

SO42−

 

 

 

 

 

 

1

 

+

2e +4H + = S О2 +2H2O, в−е,

 

1

 

Cu0 −2e =Cu2+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

 

SO2− +4Н+ +Cu = SO +2H

O +Cu2+.

4

 

2

2

 

 

 

 

Cu +2H2 SO4конц. = CuSO4 + SO2 +2H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

НNO3 конц

NO2

Н2SO4 конц

 

Н2S

S

SO2

НNO3 разб

NH4+

N2

N O

NO

 

 

2

 

Примеры

Пример 4.

+5

 

+4

 

O

+Cu(NO )

.

H NO

3 конц.

+Cu t → N О + H

2

 

 

 

 

2

 

3 2

 

2

 

NO3− +1e +2H + = NО2 + H2O, в−е,

 

 

 

1

 

Cu0 −2e =Cu2+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2NO− +4Н+ +Сu = 2NO +2H

O +Сu2+.

 

3

 

2

 

2

 

 

 

Cu +4HNO3 конц. = Cu(NO3 )2 + 2NO2 +2H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

 

 

НNO3

конц

 

 

 

NO2

 

 

 

 

Н2SO4 конц

 

Н2S

 

S

 

SO2

 

 

НNO3

разб

 

NH4+

N2

 

 

N O

NO

 

 

 

 

2

 

Примеры

Пример 5.

+5

+2

+Cu(NO3 )2 .

 

H NO3 разб +Cu → N О+ H2O

2

 

NO3− +3e +4H + = NО +2H2O, в−е,

 

3

 

Cu0 −2e =Cu2+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

2NO− +8Н

+ +3Сu = 2NO +4H

O +3Сu2+.

3

2

 

 

Cu +8HNO3 разб = 3Cu(NO3 )2 + 2NO +4H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

 

 

НNO3

конц

 

 

 

NO2

 

 

 

 

Н2SO4 конц

 

Н2S

 

S

 

SO2

 

 

НNO3

разб

 

NH4+

N2

 

 

N O

NO

 

 

 

 

2

 

Примеры

Пример 6.

+5

 

H NO

3 разб

+Zn → N 0

+ H

O +Zn(NO )

.

 

 

 

2

 

2

 

3 2

 

1

 

2NO3−+10e +12H + = N20 +6H2O, в−е,

 

 

 

5

 

Zn0 −2e = Zn2+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2NO− +12Н+ +5Zn = N

2

+6H

 

O +5Zn2+.

 

 

3

 

 

2

 

 

 

5Zn +12HNO3 разб = 5Zn(NO3 )2 + N2 +6H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

 

 

НNO3

конц

 

 

 

NO2

 

 

 

 

Н2SO4 конц

 

Н2S

 

S

 

SO2

 

 

НNO3

разб

 

NH4+

N2

 

 

N O

NO

 

 

 

 

2

 

Примеры

Пример 7.

 

+5

 

−3

+ + H

O + NaNO

 

H NO

3 разб

+Na →N Н

 

 

 

4

2

 

3

1

 

NO3− +8e +10H += NН4+ +3H2O, в−е,

 

8

 

Na0 −1e = Na+, о−е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO− +10Н+ +8Na = NH

+ +3H

O +8Na+.

 

3

 

 

4

 

2

 

 

8Na +10HNO3 разб =8NaNO3 + NH4 NO3 +3H2O.

Таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

 

 

НNO3

конц

 

 

 

NO2

 

 

 

 

Н2SO4 конц

 

Н2S

 

S

 

SO2

 

 

НNO3

разб

 

NH4+

N2

 

 

N O

NO

 

 

 

 

2

 

Примеры

Пример 8. Zn + NaOH → ZnO22− + H2 ↑

 

+2

 

 

H2 Zn O2

 

 

Zn вытесняет водород из воды.

 

 

Уравниваем в щелочной среде:

1

 

Zn0 −2e +4OH − = ZnO22− +2H2O, о−е,

 

1

 

2Н2О+2e = Н2 ↑ +2ОН−, в−е.

 

Zn +4OН− +2H2O = ZnO22− + H2 ↑ +2H2O +2OH −.

Zn +2NaOH = Na2 ZnO2 + H2 ↑.