Лабораторне
заняття
Тема:
ЗАГАЛЬНІ ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
Мета
заняття: вивчити хімічні властивості
металів – відношення до води, кислот, лугів, солей. Пов’язати хімічну
активність металів у водних розчинах з величинами їх стандартних електродних потенціалів.
ПИТАННЯ
ДЛЯ ПІДГОТОВКИ
1.
Розташування металів у періодичній системі.
2.
Загальні фізичні властивості металів.
3.
Основні хімічні властивості металів.
4.
Загальні способи добування металів
5.
Використання металів у техніці.
ТЕОРЕТИЧНІ
ВІДОМОСТІ
Серед елементів періодичної системи переважаюча більшість
– метали. Це s – метали (І, ІІ групи, головні підгрупи, крім Гідрогену і
Гелію), d-, f – метали (побічні підгрупи всіх груп періодичної системи) та р – метали (лівий нижній кут р-елементів від діагоналі «бор-астат»).
Характерною особливістю електронної будови атомів металів
є невелике число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів. Тому
вони легко втрачають ці електрони при хімічних реакціях, проявляючи тільки
відновні властивості. Атом металу перетворюється при цьому в додатньо
заряджений іон: . Це головна особливість металів.
Відновна здатність металів при реакціях у
водних розчинах визначається місцем металу у ряду напруг, де метали розташовані
в порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів (, В; додаток 3).
Більш активним є той метал, стандартний потенціал якого менший. Стандартний
потенціал системи
прийнято рівним нулю.
Метал, який розміщений ближче до початку ряду напруг і має менше значення
стандартного потенціалу, є активнішим від тих членів ряду, що стоять за ним, і
може витісняти їх з водних розчинів солей:
;
.
Потенціал витіснення водню з води
(рН = 7) становить
–0,41 В.
Отже, водень з води можуть витісняти ті метали, потенціал яких менший, ніж –0,41В.
Це метали від початку ряду напруг до заліза включно (). Наприклад:
.
Проте
метали від алюмінію по хром (включно) захищаються щільною нерозчинною оксидною
плівкою і реакція практично не йде.
У кислотах-неокисниках (,
(розбавлена),
) окисником є іон
:
,
.
Тому
метали, потенціал яких менший, ніж 0 вольт, можуть витіснити водень з
цих кислот:
;
.
Виняток – свинець, який не витісняє водню з
цих кислот через перенапругу виділення водню на свинці і через нерозчинність
солей. Олово виділяє водень лише з концентрованої хлоридної кислоти:
.
В
оцтовій кислоті-неокиснику свинець розчиняється за рахунок окиснення його не
іоном кислоти, а киснем, що
є у розчині, з подальшим утворенням розчинного оцтовокислого свинцю
. Водень при цьому не виділяється:
Кислоти-окисники:
(концентрована) та
(будь-якої
концентрації) окиснюють аніоном (
,
), тому при їх взаємодії з металами водень не виділяється.
Такі кислоти розчиняють і ті метали, що стоять після водню в ряду напруг (
). При цьому ступінь окиснення окисників
,
змінюється тим
сильніше, чим активніший метал, вища температура і менша концентрація кислоти.
Для
сульфатної кислоти:
Для
нітратної кислоти:
Наприклад:
При
високій концентрації сульфатної та нітратної кислот поверхня заліза, хрому
пасивується і взаємодія без нагрівання практично не відбувається.
Суміш нітратної і
хлоридної кислоти («царська горілка») окиснює всі метали, крім компактних
осмію, родію та іридію:
;
.
З лугами взаємодіють
метали, що мають амфотерні оксиди і гідроксиди (,
,
,
,
). При
цьому водень виділяється, якщо метал достатньо активний:
;
натрій берилат
.
натрій станнат
Якщо ж метал неактивний, то для його
розчинення в розчині лугу необхідна присутність сильного окисника, водень при
цьому не виділяється:
.
натрій фольфрамат
Дослід
1. Взаємодія лужних та лужноземельних металів з водою
У фарфорову чашку налити до половини води і добавити 2-3
краплі фенолфталеїну. Пінцетом опустити невеликий шматочок натрію або кальцію.
Який газ виділяється під час реакції? Пояснити зміну забарвлення води. Записати
рівняння реакції, урівняти методом електронного балансу.
Дослід
2.
Дія кислот-неокисників на метали
У три пробірки налити 2-3 мл розведеної сульфатної або хлоридної кислоти і опустити в них
кусочки металів: цинку, заліза, міді. Записати величини стандартних електродних потенціалів і пояснити різницю у
властивостях металів. Записати рівняння реакції, урівняти методом електронного
балансу.
Дослід
3. Дія кислот-окисників на метали
У три пробірки налити по 2-3 мл розведеної нітратної кислоти і опустити в них кусочки металів:
цинку, олова, міді. Який газ виділяється під час реакції? Записати рівняння
реакції, урівняти методом електронного балансу.
Дослід
4. Дія лугів на метали
У три пробірки налити по 2-3 мл розчину лугу ( або
) і опустити в них кусочки
металів: алюмінію, цинку, заліза. Що спостерігається? Пояснити різницю в
поведінці металів. Записати рівняння реакцій, урівняти методом електронного
балансу.
Дослід
5. Дія розчинів солей на метали
В
одну пробірку налити 2-3 мл розчину
купрум (ІІ) сульфату, а в іншу – розчину цинк сульфату. В обидві пробірки
опустити кусочки заліза. Записати рівняння реакції. Пояснити спостереження на
основі значень стандартних потенціалів металів.
ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ
1. Ряд напруг металів. Залежність хімічної активності
металів від їх положення в ряду напруг. Які з поданих реакцій відбуваються у
водних розчинах:
а)
б)
в)
г)
д)
e)
ж)
з)
2. Взаємодія металів з кислотами-окисниками. Закінчити
рівняння:
а)
б)
в)
г)
д)
е)
3. Хімічні властивості металів, у яких оксиди та гідроксиди
амфотерні. Закінчити рівняння реакції:
Способи
одержання металів. Приклади реакцій.