Вивчення властивостей металів

 

МЕТА: Закріпити знання про метали. Удосконалювати техніку лабораторного експерименту, вміння ілюструвати свої міркування відповідними рівняннями реакцій.

 

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Хімічні властивості металів визначаються здатністю металів легко віддавати свої валентні електрони і перетворюватися в позитивно заряджені йони внаслідок низьких значень електронегативностей, які обумовлені невисокими енергіями йонізації атомів і невеликою (часто від’ємною) спорідненістю до електрона.

Метали мають різну відновну здатність. Так, цинк витісняє свинець з розчину плюмбум (ІІ) нітрату:

Zn + Pb(NO₃)₂ = Pb + Zn(NO₃)₂.

Свинець не може витісняти цинк з розчину цинк нітрату за тих самих умов. Отож, цинк є сильнішим відновником, ніж свинець. Але свинець витісняє мідь з розчину її солі, значить, він є відновником, активнішим за мідь:

Pb⁰ + Cu⁺² = Pb⁺² + Cu⁰.

Витіснення одних металів з їх сполук іншими вивчав російський вчений М.Бекетов (1827 – 1911). Він розмістив метали у певній послідовності, яка зараз називається рядом стандартних електродних потенціалів. Метали (крім лужних і лужноземельних) витісняють наступні у ряду з водних розчинів їх солей. Лужні та лужноземельні метали, занурені в розчин солей інших металів, реагують з водою. Метали, які розташовані в ряду перед воднем, витісняють його з розчинів кислот, а ті, що знаходяться в ряду перед алюмінієм, витісняють водень з води за звичайної температури:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂.

Чим легше атоми металу віддають свої валентні електрони під час хімічних реакцій, тим сильнішим відновником є метал. Метали взаємодіють з неметалами, водою, кислотами, лугами, солями, оксидами, аміаком, спиртами. Розглянемо взаємодію металів з простими речовинами у вигляді таблиці.

Таблиця 1. Хімічні властивості металів

(взаємодія з простими речовинами)

реагент	рівняння реакції	продукт	метали, що реагують
кисень	2Mg + O2 = 2MgO 3Fe + 2O2 = Fe3O4 2Na + O2 = Na2O2	Оксид або пероксид	Усі, крім золота, срібла та платинових металів
сірка	Fe + S = FeS	Сульфід	Усі, крім золота та платини
хлор	2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 2Au + 3Cl2 = 2AuCl3	Хлорид	Усі
азот	6Na + N2 = 2Na3N	нітриид	Лужні, магній, лужноземельні
фосфор	3Ca + 2P = Ca3P 3Na + P = Na3P	Фосфід	Майже всі
вуглець	4Al + 3C = Al4C3 3Fe + C = Fe3C	Карбід	Майже всі
кремній	2Ca + Si = Ca2Si	Силіцид	Майже всі
водень	2Na + H2 = 2NaH	Гідрид	Майже всі

 

Метали реагують з кислотами по-різному, в залежності від активності металу (див. ряд активності металів), концентрації розчину кислоти та окисної сили кислоти. Ці реакції розглянуто в таблиці 2.

Таблиця 2. Хімічні властивості металів

(взаємодія зі складними речовинами)

реагент

рівняння реакції

продукт

метали, що реагують

 

вода	2Na + 2H2O = 2NaOH + H2	Гідроксиди (луги)	Лужні, магній, лужноземельні
кислоти-слабкі окисники	Me0 + nH+ = Men+ + H2	Сіль і водень	Всі, що в ряду активності металів стоять до Гідрогену
кислоти-сильні окисники	Сульфатна кислота H2SO4 розведена: Me0 + H2SO4 = Me(SO4) + H2	Сіль і водень	Активні метали, що в ряді напруг стоять до Гідрогену
Сульфатна кислота H2SO4 концентрована: Cu0 + 2H2S+6O4 = Cu+2SO4 + S+4O2 + 2H2O	Сіль, вода, оксид металу	Неактивні метали, що стоять в ряду напруг після Гідрогену
Сульфатна кислота H2SO4 концентрована: Zn0 + H2S+6O4 = Zn+2SO4 + H2S-2 + H2O	Сіль, вода і сполука, в якій Сульфур перебуває в нижчому ступені окиснення: SO2, S, H2S – залежно від концентрації кислоти	Активні метали. З концентрованою H2SO4 не реагують на холоді Fe, Al, Cr (пасивація). При нагріванні вони вступають в реакцію аналогічно решті металів. А от Au, Pt не реагують з концентрованою сульфатною кислотою навіть при нагріванні.
Нітратна кислота HNO3 розведена: 3Cu + 8HNO = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O	Сіль, вода, оксид Нітрогену (чим більше розбавлена кислота, тим глибше відновлюється Нітроген)	Усі метали, крім золота і платини
Нітратна кислота HNO3 дуже розведена: 4Zn + 10HNO = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O	Сіль, вода, сполука Нітрогену у нижчому ступені окиснення (чим більше розбавлена кислота, тим глибше відновлюється Нітроген)	Активні метали (ті, що в ряді активності стоять до Гідрогену)
Нітратна кислота HNO3 концентрована: Cu + 4HNO = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O		Усі метали, крім заліза, алюмінію, платинових металів золота та хрому.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Що таке ряд активності металів?

2. Які метали називають активними?

3. Як реагують метали з киснем?

4. Які особливості взаємодії металів з розчинами кислот та з концентрованими кислотами-окисниками?

 

ЛІТЕРАТУРА

Сухан В.В., Табенська Т.В. та ін. Хімія: Посібник для вступників до вузів. Київ: Либідь, 1996 рік – стор.

 

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ДОСЛІД 1. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З КИСНЕМ

В ложечку для спалювання речовин покладіть шматочок натрію, розміром з сірникову головку, попередньо промокнувши фільтрувальним папером масло. Підпаліть метал. Спостерігайте яскраве полум’я. Як називається процес? Що він представляє собою з точки зору хімії? Запишіть рівняння відповідної реакції, вважаючи, що продукт реакції – оксид металу. Урівняйте МЕБ, покажіть перехід електронів, встановіть окисника та відновника.

Аналогічно проробіть дослід з магнієм, поклавши його ошурки у ложечку для спалювання речовин. Спостерігайте «бризки» полум’я. Запишіть рівняння відповідної реакції. Урівняйте МЕБ, покажіть перехід електронів, встановіть окисника та відновника.

Мідну дротину помістіть в полум’я спиртівки. Спостерігайте її розжарення спочатку до червоного, тоді до білого кольору, після чого вийміть з полум’я. Повторіть 3-4 рази. Спостерігайте появу чорного нальоту на дротині. Якою формулою можна виразити його склад? Запишіть рівняння відповідної реакції. Урівняйте МЕБ, покажіть перехід електронів, встановіть окисника та відновника.

ВИСНОВОК: У висновку зазначте, як залежить інтенсивність взаємодії металів з киснем від їх місця в ряді активності.

 

ДОСЛІД 2.

ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВОДОЮ

У кристалізатор з водою додайте кілька краплин фенолфталеїну. Шматочок натрію очистіть від масла і покладіть у воду. Спостерігайте активне переміщення металевої кульки по поверхні води, спалахи і навіть вибухи. Про що це свідчить? Чому змінився колір води у кристалізаторі?

Напишіть рівняння відповідної реакції, урівняйте МЕБ, покажіть перехід електронів, встановіть окисника та відновника.

В пробірку налийте 2 мл дистиляту, нагрійте її в полум’ї спиртівки, і опустіть у гарячу воду алюмінієвий дріт, попередньо витриманий у розчині лугу. Спостерігайте виділення бульбашок газу. Що це за газ? Відповідь підтвердіть рівнянням реакції в молекулярній, йонно-молекулярній та йонній формі.

У пробірку з водою помістіть мідну дротину. Що спостерігаєте?

ВИСНОВОК: У висновку зазначте, як залежить інтенсивність взаємодії металів з водою від їх місця в ряді активності.

 

ДОСЛІД 3. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З КИСЛОТОЮ

У три пробірки з розчином хлоридної кислоти покладіть по шматочку цинку, заліза та міді. Що відбувається в кожній пробірці? Зробіть висновок і запишіть рівняння відповідних реакцій в йонній, йонно-молекулярній та йонній формі. Зазначте, що окиснюється, а що відновлюється.

ВИСНОВОК: У висновку зазначте, як залежить інтенсивність взаємодії металів з кислотою від їх місця в ряді активності.

 

ДОСЛІД 4. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З РОЗЧИНАМИ СОЛЕЙ

В пробірку налийте розчину купрум (ІІ) сульфату і опустіть туди залізний цвях. В другу пробірку налийте розчин плюмбум (ІІ) нітрату і опустіть в неї шматочок цинку. В третю пробірку налийте розчин аргентум нітрату і опустіть в неї шматочок міді. Спостерігайте виділення вільних металів з розчинів їх солей: міді з купрум (ІІ) сульфату, свинцю з плюмбум (ІІ) нітрату, срібла з аргентум нітрату. Напишіть рівняння реакцій, урівняйте їх методом електронного балансу, визначте окисник та відновник.

ВИСНОВОК: У висновку відмітьте здатність активніших металів витісняти менш активні з розчинів солей останніх.