В). Взаимодействие с кислотами

Химические свойства металлов

Если атомы большинства неметаллов могут как отдавать, так и присоединять электроны, проявляя окислительно-восстановительную двойственность, то атомы металлов способны только отдавать валентные электроны, проявляя восстановительные свойства: Me - пе^- = Me^п+(окисление)

восстановитель

Как восстановители металлы взаимодействуют с неметаллами, водой, растворами щелочей, кислот и солей.

Взаимодействие металлов с простыми веществами — неметаллами

Металлы при определенных условиях взаимодействуют с неметаллами, например с кислородом образуют оксиды:

2Mg + 0₂ = 2MgO 4А1 + 30₂ = 2А1₂0₃

Из щелочных металлов только литий сгорает на воздухе с образованием оксида:

4Li + 0₂ = 2Li₂0

оксид лития

Основной продукт окисления натрия — пероксид:

2Na + 0₂ = Na₂0₂

пероксид

натрия

При горении других щелочных металлов образуются супероксиды, например:

+1 -1 0 0 -1 +1

2К + 20₂= К₂0₄ ( К-О-О-О-О—К)

супероксид

калия

Оксиды натрия и калия могут быть получены при нагревании смеси пероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:

Na₂0₂ + 2Na = 2Na₂0

На реакции пероксида натрия с оксидом углерода (1V) основана регенерация воздуха в изолированных помещениях (например, на подводных лодках):

2Na₂О₂ + 2СО₂ = 2Na₂CО₃ + О₂

При нагревании металлы реагируют с другими неметаллами:

Mg + Br₂ = MgBr₂

4А1 + 3С = А1₄С₃

2А1 + N₂ = 2A1N

3Fe + С = Fe₃C

3Са + 2Р = Са₃Р₂

Са + 2С = СаС₂

Сu + S = CuS

2Mg + Si = Mg₂Si

Если металл проявляет переменную степень окисления, то активные неметаллы (фтор, хлор, бром, кислород) окисляют его до более высокой степени окисления, в которой он образует устойчивое в данных условиях соединение, а менее активные — до более низкой степени окисления. Так, железо проявляет в соединениях степени окисления +2 и +3 (иногда +6), из них +3 наиболее устойчива. В связи с этим при взаимодействии железа с хлором, бромом оно окисляется до степени окисления +3, а при взаимодействии с серой или иодом — до степени окисления +2:

2Fe + ЗС1₂ = 2 FeCl₃ Fe + S = FeS

Щелочные и щелочно-земельные металлы при нагревании вступают в реакцию с водородом, образуя гидриды. Атомы водорода в данных соединениях имеют отрицательную степень окисления:

2Na + Н₂ = 2NaH Ва + Н₂ = BaH₂

Гидриды представляют собой кристаллические тугоплавкие солеобразные вещества белого цвета. Они активные восстановители за счет водорода в минимальной степени окисления (-1). Так, гидриды горят в атмосфере хлора, кислорода, энергично разлагаются водой с образованием щелочи и выделением водорода:

КН + С1₂ = КС1 + НС1 СаН₂ + 0₂ = Са(ОН)₂

ВаН₂ + 2Н₂0 = Ва(ОН)₂ + 2Н₂

Гидриды применяют для получения водорода в полевых условиях (для водородной сварки), восстановления металлов из их оксидов, а также в органическом синтезе.

Взаимодействие металлов со сложными веществами

Если химические реакции протекают в водных растворах, то восстановительная активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду напряжений.

А). Взаимодействие с водой

С водой при обычной температуре реагируют металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды) и гидроксиды которых растворимы в воде (на поверхности металла не образуется защитная пленка). К таким металлам относятся щелочные и щелочно-земельные металлы:

2Na + 2Н₂0 = 2NaOH + Н₂

Fe + Н₂0 (так как Fe(OH)₂ нерастворим в воде)

При нагревании с водой или парами воды взаимодействуют металлы от магния до олова. Реакция протекает с образование» гидроксидов или оксидов и выделением водорода:

Mg + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + Н₂ 3Fe + 4Н₂0 = Fe₃0₄ + 4H₂

Б). Взаимодействие с щелочами

С растворами щелочей взаимодействуют металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды), а их оксиды и гидроксиды амфотерны (оксидные и гидроксидные пленки растворяются в растворе щелочи). К таким металлам относятся цинк, алюминий, олово, бериллий, свинец и некоторые другие. Процесс протекает в три стадии:

1) растворение в щелочи пленки амфотерного оксида, которая покрывает поверхность металла;

2) взаимодействие металла, освобожденного от защитной оксидной пленки, с водой с образованием нерастворимого амфотерного гидроксида;

3) растворение образовавшейся пленки гидроксида в растворе щелочи.

Рассмотрим пример:

А1₂0₃ + 2NaOH + ЗН₂0 = 2Na[Al(OH)₄]

амфотерный

2А1 + 6Н₂0 = 2А1(0Н)₃ + ЗН₂

амфотерный

2А1(ОН)₃ + 2NaOH = 2Na[Al(OH)₄)

амфотерный

(В результате второй реакции образовалось 2 моль А1(ОН)₃, поэтому в уравнении третьей реакции записываем тоже 2 моль А1(ОН)₃.)

Если просуммировать два последних уравнения, то получим уравнение реакции алюминия с раствором щелочи:

2А1 + 2NaOH + 6Н₂0 = 2Na[Al(OH)₄) + ЗН₂

Таким образом, при взаимодействии металла с раствором щелочи роль последней сводится к снятию с поверхности металла оксидной и гидроксидной пленки, а металл взаимодействует с водой.

Эти же металлы реагируют со щелочами при нагревании:

Zn + 2NaOH = Na₂Zn0₂ + Н₂

тв.

Металлы, высшие оксиды которых обладают амфотерными или кислотными свойствами, реагируют с щелочными расплава ми окислителей. В качестве окислителей используют нитраты калия или натрия, хлорат калия и др.

При взаимодействии с щелочными расплавами окислителей металлы образуют соли анионного типа, в которых, как правило, проявляют высшую степень окисления, например: +6

Fe + 3KN0₃ + 2КОН = K₂Fe0₄ + 3KN0₂ + Н₂0

феррат калия

Аналогичные продукты образуются и при взаимодействии щелочных расплавов окислителей с оксидами металлов, в которых металлы проявляют промежуточную степень окисления: +3 +6

Fe₂0₃ + КСЮ3 + 4КОН = 2K₂Fe0₄ + КС1 + 2Н₂0

В). Взаимодействие с кислотами

С разбавленными кислотами, которые проявляют окислительные свойства за счет ионов водорода (разбавленная серная, фосфорная, сернистая, все бескислородные и органические кислоты и др.), реагируют металлы:

расположенные в ряду напряжений до водорода (эти металлы способны вытеснять водород из кислоты);
образующие с этими кислотами растворимые соли (на поверхности этих металлов не образуется защитная солевая пленка).

В результате реакции образуются растворимые соли и выделяется водород:

2А1 + 6НС1 = 2А1С1₃ + 3Н₂ Mg + H₂S0₄ = MgS0₄ + H₂

С кислотами-окислителями — азотной и концентрированной серной, которые, как вам известно, проявляют окислительные свойства за счет атомов серы и азота в высших степенях окисления, взаимодействуют практически все металлы, расположенные в ряду напряжений как до, так и после водорода, кроме золота и платины. Так как окислителями в этих кислотах являются ионы кислотных остатков, а не ионы водорода, то прн их взаимодействии с металлами не выделяется водород. Металл под действием данных кислот окисляется до характерной (устойчивой) степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и от степени разбавления кислоты.

Дата добавления: 2022-07-02; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!