ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ. ОКСИДЫ И ГИДРОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ
. Подавляющее число химических элементов – это элементы, образующие простые вещества – металлы. В периодической системе химических элементов металлы располагаются во всех периодах (кроме 1-го), во всех группах и подгруппах химических элементов. Металлы относятся к s-, p-, d- и f-семействам химических элементов.
Атомы металлов характеризуются: – малым числом электронов на внешнем уровне (1-3 электрона, редко 4); – большим радиусом атома; – большим числом свободных орбиталей; – легкостью отдачи валентных электронов. Атомы металлов в химических реакциях являются только восстановителями, приобретая в соединениях положительные степени окисления. В периодах с возрастанием заряда ядра атома химических элементов металлические и восстановительные свойства атомов ослабевают. В главных подгруппах с возрастанием заряда ядра атомов металлические и восстановительные свойства атомов возрастают. Металлы и их сплавы образуют металлические кристаллические решетки, в узлах которых расположены атомы и катионы металлов, взаимно превращающиеся друг в друга. Все пространство между узлами решеток занимает так называемый “электронный газ” – это валентные электроны, которые за счет перекрывания свободных орбиталей внешнего уровня атома металла могут свободно перемещаться по всему объему металла, не принадлежа определенному атому. Эти “свободные” электроны удерживают катионы металлов в узлах решетки, а также определяют основные физические свойства металлов. Физические свойства металлов: – ковкость и пластичность (наличие “свободных” электронов, удерживающих катионы металлов в узлах решетки, не позволяет разрушить эти решетки, при ударе происходит только смещение слоев кристаллической решетки, а не ее разрушение); –электро- и теплопроводность (“свободные” электроны являются переносчиками тепловой энергии и электрического заряда); –непрозрачность и металлический блеск (луч света не может пройти сквозь кристалл металла, так как отражается от электронов, которые имеют двойственный характер – частица и волна одновременно). Легкие металлы:Na, Ca, Mg, Al, Ti Тяжелые металлы: Fe, Cu, Ag, Pb, Au, W, Os Легкоплавкие металлы (tпл < 10000C): Hg, Na, Sn, Pb, Zn, Al Тугоплавкие металлы (tпл> 10000 C): Fe, Ti, Cr, Os, W Самая высокая электропроводность у Ag, Au, Cu, Al, Fe Наибольшее сопротивление имеет W
Обратите внимание!Названы только отдельные примеры металлов, имеющих определенные свойства. При рассмотрении способов получения и химических свойств металлов следует опираться на электрохимический ряд напряжений металлов: Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Sn Pb H2Cu Ag Hg Au Разделим ряд напряжений металлов на 3 участка - металлы, cтоящие доMg-Al (будут в дальнейшем обозначаться (1)), металлы, расположенные между Mg-Al и H2 (2) и металлы, расположенные после H2 (3). Будем рассматривать способы получения и химические свойства на трех примерах - по одному из каждого участка ряда напряжений. __________ Mg Al __________________________ H2 ____________ (1) (2) (3) Нахождение в природе:
Способы получения металлов:
Эл. ток 2 Al2O3à 4 Al + 3 O2↑ Эл. ток 2 NaBr à 2 Na + Br2
(2) Пирометаллургия – восстановление металлов из оксидов при повышенной температурес помощью восстановителей (C, CO, CH4, NH3, H2, активные металлы и др.) WO3 + 3 H2 = W + 3 H2O Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 Cr2O3 + 2 Al = 2 Cr + Al2O3 Гидрометаллургия – вытеснение металлов из водных растворов их соединений NiSO4 + Zn = Ni + ZnSO4 раствор Возможен и электрохимический метод – электролиз растворов солей: NiSO4 + 2H2O = Ni + O2 + H2 + H2SO4 (3) Возможны все способы получения: электролиз растворов солей, вытеснение более активным металлом, физическое очищение самородков. Обратите внимание, механизмы процессов электролиза расплавов и растворов в данном пособии не рассматриваются. Обратитесь к более подробным учебным пособиям и учебникам по неорганической химии. Химические свойства металлов. 1. Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами (1) 2 Na + O2 = Na2O2 перексид натрия Na2O2 + 2 Na = 2 Na2O оксид натрия 2 K + S = K2S сульфид калия t (2) 2 Zn + O2 = 2 ZnO оксид цинка Mn + Cl2 = MnCl2 хлорид марганца (II) (3) Ag + O2 ≠ Hg + C ≠ 2. Взаимодействие со сложными веществами. 2.1. Взаимодействие с водой (реагируют металлы, стоящие в ряду напряжений до Н2) (1) 2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2↑ t (2) Fe + H2O = Fe3O4↓ + H2↑ (3) Au + H2O ≠ 2.2. Взаимодействие с кислотами – неокислителями (все кислоты кромеHNO3 и H2SO4 конц.). Металлы, стоящие в ряду напряжений до Н2вытесняют водород из растворов кислот. (1) 2 Li + 2 HBr = 2 LiBr + H2↑ (2) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ (3) Hg + HCl ≠ 2.3. Взаимодействие с кислотами – окислителями (HNO3 и концентрированной H2SO4) (1) 8 Na + 5H2SO4 (конц.) = 4Na2SO4 + 4 H2O + Н2S↑ (2) 2 Fe + 4H2SO4 (конц.) = Fe2(SO4)3 + 4 H2O + S↓ (3) 2 Ag + 2 H2SO4 (конц.) = Ag2SO4 + 2 H2O + SO2↑ Продукты реакции зависят от активности металла и концентрации кислоты. Но в любом случае получают соль металла, воду и продукт восстановления кислоты-окислителя – соединения азота или серы.
В реакции с растворами щелочей могут вступать переходные металлы, образующие амфотерные соединения. Следует помнить, что все металлы покрыты защитной оксидной пленкой, “пленка” может быть плотной или рыхлой, видимой или незаметной простым глазом, растворимой в воде или нерастворимой, растворимой в кислотах или щелочах или нет. Свойства оксидной “пленкой” и определяют химические свойства металла. Цинк покрыт защитной оксидной пленкой ZnO, которая нерастворима в воде, но растворяется в растворах кислот или щелочей. ZnO + 2 NaOH = Na2ZnO2 + H2O После растворения оксидной пленки металл цинк остается незащищенным. Так как он находится в ряде напряжений металлов до Н2, он может реагировать с водой (растворителя в растворе достаточное количество) Zn + H2O = ZnO + H2↑ Сложив почленно оба уравнения, получим суммарное уравнение процесса, получим суммарное уравнение: ZnO + 2NaOH + Zn + H2O = Na2ZnO2 + H2O + ZnO + H2↑ После сокращения получаем выражение: Zn + 2NaOH = Na2ZnO2+ H2↑ Обратите внимание!Газообразный водород вытесняется из воды.
Необходимо учитывать следующие условия: - металл, реагирующий с раствором соли, должен быть активнее металла, образующего соль; - в итоге реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется нерастворимым соединением, и реакция прекратиться; - всегда следует рассматривать возможность гидролиза соли и появление в растворе продуктов гидролиза; - возможны окислительно-восстановительные процессы между металлом и его катионом в составе исходной соли. Например, при взаимодействии цинка с раствором сульфат меди (II) CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu (вытеснение менее активного металла) 2 CuSO4 + 2 HOH (CuOH)2SO4 + H2SO4 (гидролиз соли) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ (взаимодействие металла с продуктами гидролиза) 2 FeCl3 + Fe = 3 FeCl2 (окислительно-восстановительное взаимо- действие атома металла и его катиона в соли) Обратите внимание!Для вытеснения металлов из растворов не рекомендуется брать щелочной металл, так как последний реагирует с водой, а не с солью. 2 NaOH + ZnSO4 + H2O = Zn(OH)2↓ + Na2SO4 + H2↑
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (841)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |