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

 
 


    

 

 

 

 

 

 

 

                   

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

 

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.