Какие свойства металлы проявляют в химических реакциях

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)

(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

Все химические элементы разделяют на металлы и неметаллы в зависимости от строения и свойств их атомов. Также на
металлы и неметаллы классифицируют образуемые элементами простые вещества, исходя из их физических и химических свойств.

В Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева неметаллы расположены по диагонали: бор – астат и над ней в главных подгруппах.

Для атомов металлов характерны сравнительно большие радиусы и небольшое число электронов на внешнем уровне от 1 до 3 (исключение: германий, олово свинец – 4;
сурьма и висмут – 5; полоний – 6 электронов).

Атомам неметаллов, наоборот, свойственны небольшие радиусы атомов и число электронов на внешнем уровне от 4 до 8 (исключение бор, у него таких электронов –
три).

Отсюда стремление атомов металлов к отдаче внешних электронов, т.е. восстановительные свойства, а для атомов неметаллов – стремление к приему недостающих до
устойчивого восьмиэлектронного уровня электронов, т.е. окислительные свойства.

В металлах – металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. В узлах решетки находятся положительно заряженные ионы металлов, связанные
посредством обобществленных внешних электронов, принадлежащих всему кристаллу.

Это обуславливает все важнейшие физические свойства металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность (способность изменять форму под
внешним воздействием) и некоторые другие, характерные для этого класса простых веществ.

Металлы I группы главной подгруппы называют щелочными металлами.

Металлы II группы: кальций, стронций, барий – щелочноземельными.

В химических реакциях металлы проявляют только восстановительные свойства, т.е. их атомы отдают электроны, образуя в результате положительные
ионы.

1. Взаимодействуют с неметаллами:

а) кислородом (с образованием оксидов)

Щелочные и щелочноземельные металлы окисляются легко при обычных условиях, поэтому их хранят под слоем вазелинового масла или керосина.

4Li + O2 = 2Li2O

2Ca + O2 = 2CaO

Обратите внимание: при взаимодействии натрия – образуется пероксид, калия – надпероксид

2Na + O2 = Na2O2, К + О2 = КО2

а оксиды получают прокаливанием пероксида с соответствующими металлом:

2Na + Na2O2 = 2Na2O

Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы медленно окисляются на воздухе и активно при нагревании.

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (смесь двух оксидов: FeO и Fe2O3)

2Zn + O2 = 2ZnO

2Cu + O2 = 2CuO

Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях.

б) водородом (с образованием гидридов)

2Na + H2 = 2NaH

Ca + H2 = CaH2

в) хлором (с образованием хлоридов)

2K + Cl2 = 2KCl

Mg + Cl2 = MgCl2

2Al + 3Cl2 =2AlCl3

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется хлорид железа (III):

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

г) серой (с образованием сульфидов)

2Na + S = Na2S

Hg + S = HgS

2Al + 3S = Al2S3

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется сульфид железа (II):

Fe + S = FeS

д) азотом (с образованием нитридов)

6K + N2 = 2K3N

3Mg + N2 = Mg3N2

2Al + N2 = 2AlN

2. Взаимодействуют со сложными веществами:

Необходимо помнить, что по восстановительной способности металлы расположены в ряд, который называют электрохимическим рядом напряжений или активности
металлов (вытеснительный ряд Бекетова Н.Н.):

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Au, Pt

а) водой

Металлы, расположенные в ряду до магния, при обычных условиях вытесняют водород из воды, образуя растворимые основания – щелочи.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Ba + H2O = Ba(OH) 2 + H2↑

Магний взаимодействует с водой при кипячении.

Mg + 2H2O = Mg(OH) 2 + H2↑

Алюминий при удалении оксидной пленки бурно реагирует с водой.

2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3 + 3H2↑

Остальные металлы, стоящие в ряду до водорода, при определенных условиях тоже могут вступать в реакцию с водой с выделением водорода и образованием
оксидов.

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑

б) растворами кислот

(Кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. См. раздел «Окислительно-восстановительные реакции».)

Обратите внимание: не используют для проведения реакций нерастворимую кремниевую кислоту

Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.

Металлы, стоящие в ряду от магния до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

Обратите внимание: образуются соли двухвалентного железа.

Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑

Образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции. Например, свинец практически не реагирует с раствором серной кислоты из-за образования на
поверхности нерастворимого сульфата свинца.

Металлы, стоящие в ряду после водорода, НЕ вытесняют водород.

в) растворами солей

Для остальных металлов выполняется правило:

Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, расположенные в ряду правее него, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее
него.

Cu + HgCl2 = Hg + CuCl2

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Как и в случае с растворами кислот, образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции.

г) растворами щелочей

Взаимодействуют металлы, гидроксиды которых амфотерны.

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 [Zn(OH) 4] + H2↑

2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH) 4] + 3H2↑

д) с органическими веществами

Щелочные металлы со спиртами и фенолом.

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑

2C6H5OH + 2Na = 2C6H5ONa + H2↑

Металлы участвуют в реакциях с галогеналканами, которые используют для получения низших циклоалканов и для синтезов, в ходе которых происходит усложнение
углеродного скелета молекулы (реакция А.Вюрца):

CH2Cl-CH2-CH2Cl + Zn = C3H6(циклопропан) + ZnCl2

2CH2Cl + 2Na = C2H6(этан) + 2NaCl

В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью. При этом образуются одинарные (в молекулах H2, F2,
Cl2, Br2, I2), двойные (в молекулах О2), тройные (в молекулах N2) ковалентные связи.

1. молекулярное

При обычных условиях большинство таких веществ представляют собой газы (Н2, N2, O2, O3, F2,
Cl2) или твердые вещества (I2, P4, S8) и лишь единственный бром (Br2) является жидкостью. Все эти вещества молекулярного строения, поэтому
летучи. В твердом состоянии они легкоплавки из-за слабого межмолекулярного взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к возгонке.

2. атомное

Эти вещества образованы кристаллами, в узлах которых находятся атомы: (Bn, Сn, Sin, Gen, Sen, Ten). Из-за большой прочности ковалентных связей они, как правило, имеют высокую твердость, и любые изменения, связанные с разрушением
ковалентной связи в их кристаллах (плавление, испарение), совершаются с большой затратой энергии. Многие такие вещества имеют высокие температуры плавления и кипения, а летучесть их весьма
мала.

Многие элементы – неметаллы образуют несколько простых веществ – аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана с разным составом молекул: кислород
О2 и озон О3 и с разным строением кристаллов: аллотропными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин, фуллерен. Элементы – неметаллы, имеющие аллотропные
модификации: углерод, кремний, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур.

У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение
электроотрицательности. В ряду неметаллов

At, B, Te, H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F

электроотрицательность возрастает и усиливаются окислительные свойства.

Отсюда следует, что для простых веществ – неметаллов будут характерны как окислительные, так и восстановительные свойства, за исключением фтора – самого
сильного окислителя.

1. Окислительные свойства

а) в реакциях с металлами (металлы всегда восстановители)

2Na + S = Na2S (сульфид натрия)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

б) в реакциях с неметаллами, расположенными левее данного, то есть с меньшим значением электроотрицательности. Например, при взаимодействии фосфора и серы
окислителем будет сера, так как фосфор имеет меньшее значение электроотрицательности:

2P + 5S = P2S5 (сульфид фосфора V)

Большинство неметаллов будут окислителями в реакциях с водородом:

H2 + S = H2S

H2 + Cl2 = 2HCl

3H2 + N2 = 2NH3

в) в реакциях с некоторыми сложными веществами

Окислитель – кислород, реакции горения

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

2SO2 + O2 = 2SO3

Окислитель – хлор

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3

2KI + Cl2 = 2KCl + I2

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

Ch2=CH2 + Br2 = CH2Br-CH2Br

2. Восстановительные свойства

а) в реакциях с фтором

S + 3F2 = SF6

H2 + F2 = 2HF

Si + 2F2 = SiF4

б) в реакциях с кислородом (кроме фтора)

S + O2 = SO2

N2 + O2 = 2NO

4P + 5O2 = 2P2O5

C + O2 = CO2

в) в реакциях со сложными веществами – окислителями

H2 + CuO = Cu + H2O

6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5

C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O

H2C=O + H2 = CH3OH

3. Реакции диспропорционирования: один и тот же неметалл является и окислителем и восстановителем

Cl2 + H2O = HCl + HClO

3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O

Источник

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Общие химические свойства металлов представлены в таблице:

Видео “Самовоспламенение никеля на воздухе”

1). Металлы по – разному реагируют с водой:

Помните!!!

Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑

2). Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:

H2SO4 (конц.) + Me = соль + H2O + Х

Щелочные

и щелочноземельные

Fe, Cr, Al

Металлы

до водорода

Сd-Pb

Металлы после

водорода (при t)

Au, Pt

H2S↑

могут S↓ или SO2↑

1)пассивируются на холоде;

2) при нагревании → SO2↑

S↓

могут H2S илиSO2

SO2↑

–

H2SO4 (разб) + Zn = ZnSO4 + H2↑

H2SO4 (разб) + Cu ≠

2H2SO4 (конц.) + Cu = CuSO4 + 2H2O + SO2↑

Внимание!

Pt, Au + H2SO4 (конц.) → реакции нет

Al, Fe, Cr + H2SO4 (конц.) холодная→ пассивация

Al, Fe, Cr + H2SO4 (конц.) t˚C→ SO2

4HNO3 (k) + Cu = Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO2↑

8HNO3 (p) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑

Внимание!

Pt, Au + HNO3 → реакции нет

Al, Fe, Cr + HNO3 (конц) холодная→ пассивация

Al, Fe, Cr + HNO3 (конц) t˚C→ NO2

Al, Fe, Cr + HNO3 (разб) → NO

3). С растворами солей менее активных металлов

Ме + Соль = Новый металл + Новая соль

Вытеснение металла из соли другим металлом

ВИДЕО-ОПЫТ

Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu

FeCl2 + Cu ≠

Активность металла в реакциях с кислотами, водными растворами солей и др. можно определить, используя электрохимический ряд, предложенный в 1865 г русским учёным Н. Н. Бекетовым:

Вытеснение водорода металлами

от калия к золоту восстановительная способность (способность отдавать электроны) уменьшается, все металлы, стоящие в ряду левее водорода, могут вытеснять его из растворов кислот; медь, серебро, ртуть, платина, золото, расположенные правее, не вытесняют водород.

Видео – Эксперимент «Взаимодействие хлорида олова (II) с цинком («Оловянный ежик»)»

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции

Li+ H2O =

Cu + H2O =

Al + H2O =

Ba + H2O =

Mg + H2O =

Ca + HCl=

Na + H2SO4(К)=

Al + H2S=

Ca + H3PO4=

HCl + Zn =

H2SO4 (к)+ Cu=

H2S + Mg =

HCl + Cu =

HNO3 (K)+ Сu =

H2S + Pt =

H3PO4 + Fe =

HNO3 (p)+ Na=

Fe + Pb(NO3)2 =

№2. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):

Al + O2 =

Li + H2O =

Na + HNO3 (k) =

Mg + Pb(NO3)2 =

Ni + HCl =

Ag + H2SO4 (k) =

№3. Вставьте вместо точек пропущенные знаки (<, > или =)

заряд ядра	Li…Rb	Na…Al	Ca…K
число энергетических уровней	Li…Rb	Na…Al	Ca…K
число внешних электронов	Li…Rb	Na…Al	Ca…K
радиус атома	Li…Rb	Na…Al	Ca…K
восстановительные свойства	Li…Rb	Na…Al	Ca…K

№4. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):

K+ O2 =

Mg+ H2O =

Pb+ HNO3 (p) =

Fe+ CuCl2 =

Zn + H2SO4 (p) =

Zn + H2SO4 (k) =

№5. Решите тестовые задания

1.Выберите группу элементов, в которой находятся только металлы:

А) Al, As, P; Б) Mg, Ca, Si; В) K, Ca, Pb

2. Выберите группу, в которой находятся только простые вещества – неметаллы:

А) K2O, SO2, SiO2; Б) H2, Cl2, I2 ; В)Ca, Ba, HCl;

3. Укажите общее в строении атомов K и Li:

А) 2 электрона на последнем электронном слое;

Б) 1 электрон на последнем электронном слое;

В) одинаковое число электронных слоев.

4. Металлический кальций проявляет свойства:

А) окислителя;

Б) восстановителя;

В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий.

5. Металлические свойства натрия слабее, чем у –

А) магния; Б) калия; В) лития.

6. К неактивным металлам относятся:

А) алюминий, медь, цинк; Б) ртуть, серебро, медь;

В) кальций, бериллий, серебро.

7. Какое физическое свойство не является общими для всех металлов:

А) электропроводность, Б) теплопроводность,

В) твердое агрегатное состояние при нормальных условиях,

Г) металлический блеск

Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать

Установите соответствие.

С увеличением порядкового номера элемента в главной подгруппе II группы Периодической системы свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются следующим образом:

1) число электронов на внешнем уровне

3) электроотрицательность

4) восстановительные свойства

А) увеличивается

Б) уменьшается

В) не изменяется

Источник

Все металлы, в зависимости от их окислительно-восстановительной активности объединяют в ряд, который называется электрохимическим рядом напряжения металлов
(так как металлы в нем расположены в порядке увеличения стандартных электрохимических потенциалов) или рядом активности металлов:

Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Наиболее химически активные металлы стоят в ряду активности до водорода, причем, чем левее расположен металл, тем он активнее. Металлы, занимающие в ряду активности, место после водорода считаются неактивными.

Взаимодействие с простыми веществами

Металлы способны реагировать с простыми веществами, такими как кислород (реакция горения), галогены, азот, сера, водород, фосфором и углеродом. В реакцию взаимодействия с кислородом вступают все металлы (исключение составляют Au, Pt), в результате чего возможно образование трех различных продуктов — пероксидов, оксидов и надпероксидов:

4Li + O2 = 2Li2O (оксид лития)

2Na + O2 =Na2O2 (пероксид натрия)

K + O2 = KO2 (надпероксид калия)

Металлы средней активности (начиная с Al) и неактивные металлы реагируют с кислородом только при нагревании:

2Al + 3/2 O2 = Al2O3

2Cu + O2 = 2CuO

В реакцию взаимодействия с азотом способны вступать только активные металлы, в результате чего образуются азиды, причем при н.у. с азотом реагирует только литий, остальные активные металлы – только при нагревании:

6Li + N2 = 2Li3N (азид лития)

Только активные металлы способны взаимодействовать с углеродом и водородом, причем в случае реакции с водородом – это только щелочные и щелочноземельные металлы:

2Li+2C = Li2C2 (карбид лития)

2Na + H2 = NaH (гидрид натрия)

С серой реагируют все металлы кроме Au и Pt:

2K +S = K2S (сульфид калия)

Также металлы способны взаимодействовать с галогенами и фосфором:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия)

3Ca + 2P = Ca3P2 (фосфид кальция)

Все реакции взаимодействия с простыми веществами носят окислительно-восстановительный характер, металлы в них окисляются, проявляя свойства восстановителей, т.е. демонстрируют способность отдавать электроны:

Fe + S = FeS

Fe -2e = Fe2+ процесс окисления, железо — восстановитель

S +2e = S2- процесс восстановления, сера – окислитель

Взаимодействие металлов друг с другом

Металлы взаимодействуют друг с другом, образуя интерметаллические соединения:

3Cu + Au = Cu3Au

Взаимодействие металлов с водой

Активные металлы(щелочные и некоторые щелочноземельные металлы — Ca, Sr, Ba) способны взаимодействовать с водой с образованием гидроксидов:

Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2↑

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Металлы, характеризующиеся средней активностью (начиная с Al) вступают в реакцию с водой в более жестких условиях (наличие щелочной или кислотной среды и др. условия); при этом образуется соответствующий оксид и выделяется водород:

Pb + H2O = PbO + H2↑

Неактивные металлы с водой не реагируют.

Реакции взаимодействия металлов с водой также относятся к ОВР и металлы в них являются восстановителями.

Взаимодействие металлов с кислотами

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода способны реагировать с кислотами:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3 H2↑

Zn + 2HCl = ZnCl2 + 2H2↑

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

Неактивные металлы взаимодействуют с кислотами при особых условиях. Так, концентрированная серная кислота способна растворять медь (1), а при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой в зависимости от её концентрации (60% или 30%) образуются различные продукты реакции (2, 3):

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ +2H2O (1)

Cu + 4HNO3(60%) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3Cu +8HNO3(30%) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Взаимодействие металлов с солями

Более активные металлы способны взаимодействовать с солями, образованными менее активными металлами, и вытеснять их (металлы) из солей:

3Na + AlCl3 = 3NaCl + Al

Примеры решения задач

Источник