Общие химические свойства металлов

Тема: «Металлы».

Общие химические свойства металлов

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей и повышают степень окисления, превращаясь из простых веществ в катионы.

Химические свойства металлов различаются в зависимости от химической активности металла. По активности в водных растворах металлы расположены в ряд напряжений.

В этот ряд, составленный русским химиком Н.Н. Бекетовым, включен также неметалл водород. Активность металлов убывает слева направо:

Запомнить! Металлы, стоящие в ЭХ ряду после водорода, называют неактивными металлами.

Металлы, расположенные в ЭХ ряду до алюминия называют сильноактивными или активными металлами.

Общие химические свойства металлов

1) Многие металлы вступают в реакцию с типичными неметаллами – галогенами, кислородом, серой. При этом образуются соответственно хлориды, оксиды, сульфиды и другие бинарные соединения:

• с азотом некоторые металлы образуют нитриды, реакция практически всегда протекает при нагревании;
• с серой металлы образуют сульфиды – соли сероводородной кислоты;
• с водородом самые активные металлы образуют ионные гидриды (бинарные соединения, в которых водород имеет степень окисления -1);
• с кислородом большинство металлов образует оксиды – амфотерные и основные. Основной продукт горения натрия - пероксид Na2O2; а калий и цезий горят с образованием надпероксидов MeO2.

2) Следует обратить внимание на особенности взаимодействие металлов с водой:

• Активные металлы, находящиеся в ряду активности металлов до Mg (включительно), реагируют с водой с образованием щелочей и водорода:Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑
• Активные металлы (например, натрий и литий), взаимодействуют с водой со взрывом.
• Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

6Cr+6H2O→t,∘C2Cr2O3+3H2↑

• Неактивные металлы (Au, Ag, Pt) - не реагируют с водой.

→[Li……Mg]MOH+H2↑ активные металлы (до Al)

H2O+M→[Al……PbMxOy+H2↑ среднеактивные металлы (от Al до H), только при нагревании

→[Bi……Au]≠ неактивные металлы (после Н)

Более подробно взаимодействие металлов с водой рассмотрено в темах, посвященных химии отдельных групп.

3) С разбавленными кислотами реагируют металлы, стоящие в ЭХР до водорода: происходит реакция замещения с образованием соли и газообразного водорода. При этом кислота проявляет окислительные свойства за счет наличия катиона водорода:

Mg+2HCl=MgCl2+H2

4) Взаимодействие азотной кислоты (любой концентрации) и концентрированной серной кислоты протекает с образованием других продуктов: кроме соли и водорода в этих реакциях выделяется продукт восстановления серной (или азотной) кислоты. Подробнее см.тему "Взаимодействие азотной кислоты с металлами и неметаллами.

Запомнить! Все металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот, а металлы, расположенные справа от водорода, с растворами кислот не реагируют (азотная кислота – исключение).

5) Активность металлов также влияет на возможность протекания простого вещества металла с оксидом или солью другого металла. Металл вытесняет из солей менее активные металлы, стоящие правее его в ряду напряжений.

Запомнить! Для протекания реакции между металлом и солью другого требуется, чтобы соли, как вступающие в реакцию, так и образующиеся в ходе нее, были растворимы в воде. Металл вытесняет из соли только более слабый металл.

Например, для вытеснения меди из водного раствора сульфата меди подходит железо,

CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

но не подходят свинец – так как он образует нерастворимый сульфат. Если опустить кусочек свинца в раствор сульфата меди, то с поверхности металла покроется тонким слоем сульфата, и реакция прекратится

CuSO4+Pb=PbSO4↓+Cu

Другой пример: цинк легко вытесняет серебро из раствора нитрата серебра, однако реакция цинка со взвесью сульфида серебра, нерастворимого в воде, практически не протекает.

Общие химические свойства металлов обобщены в таблице:

Уравнение реакции	Продукты реакции	Примечания
с простыми веществами - неметаллами
с кислородом
4Li+O2=2Li2O	оксиды O−2
2Na+O2=Na2O2	пероксиды (O2)−2	только натрий
K+O2=KO2	надпероксиды (O2)−2	надпероксиды при горении образуют K, Rb, Cs
с водородом
Ca+H2=CaH2	гидриды	щелочные металлы 0 при комнатной температуре; остальные металлы - при нагревании
с галогенами
Fe+Cl2=Fe+3Cl3	хлориды и др.	при взаимодействии с хлором и бромом (сильные окислители) железо и хром образуют хлориды в степени окисления +3
с серой
Fe+S=FeS	сульфиды	при взаимодействии с серой и иодом железо приобретает степень окисления +2
с азотом и фосфором
3Mg+N2=Mg3N2	нитриды	* при комнатной температуре с азотом реагируют только литий и магний
3Ca+2P=Ca3P2	фосфиды
с углеродом
4Al+3C=Al4C3	карбиды
с водой
2Na0+2H2O=2NaOH+H2	Основание + H2	щелочные металлы
Zn0+H2O=ZnO+H2	Оксид + H2	среднеактивные металлы, при нагревании
Au,Ag,Pt+H2O/ne	не реагируют	неактивные металлы (после Н)
с окисдами менее активных металлов
2Al+3ZnO=Al2O3+2Zn	др оксид + др.металл
с солями менее активных металлов
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4	Др. соль + др. металл	Более сильный металл вытесняют более слабый из его соли. Соли, как вступающие в реакцию, так и образующиеся в ходе нее, были растворимы в воде.
Cu+AlCl3≠
с кислотами
Fe+2HCl=FeCl2+H2 6Na+2H3PO4=2Na3PO4+3H2	Др. соль +водород	Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H реагируют с разбавленными кислотами (кроме HNO3)