Положение металлов в
периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.
I. Положение металлов в таблице элементов
Большая часть известных химических элементов образует простые вещества металлы.
К металлам относятся все элементы побочных (Б) подгрупп, а также элементы главных подгрупп, расположенные ниже диагонали «бериллий – астат». Кроме того, химические элементы металлы образуют группы лантаноидов и актиноидов.
II. Строение атомов металлов
По сравнению с атомами неметаллов, атомы металлов имеют большие размеры и меньшее число внешних электронов, обычно оно равно 1–3. Следовательно, внешние электроны атомов металлов слабо связаны с ядром, металлы их легко отдают, проявляя в химических реакциях восстановительные свойства.
Рассмотрим закономерности изменения некоторых свойств металлов в группах и периодах.
В периодах с увеличением заряда ядра радиус атомов уменьшается. Ядра атомов все сильнее притягивают внешние электроны, поэтому возрастает электроотрицательность атомов, металлические свойства уменьшаются.
В главных подгруппах сверху вниз в атомах металлов возрастает число электронных слоев, следовательно, увеличивается радиус атомов. Тогда внешние электроны будут слабее притягиваться к ядру, поэтому наблюдается уменьшение электроотрицательности атомов и увеличение металлических свойств.
III. Физические свойства металлов
Металлическая связь– это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами вметаллической кристаллической решётке.
IV. Получение металлов
1. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением
MеxSy+O2=MеxOy+SO2
2. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом
MеxOy + C = CO2 + Me или MеxOy + CO = CO2 + Me
Алюминотермия (восстановление более активным металлом)
MеxOy + Al = Al2O3 + Me
Водородотермия - для получения металлов особой чистоты
MеxOy + H2 = H2O + Me
Например, CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O,
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.
в)Электрометаллургия (электролиз) – восстановление металлов в процессе электролиза растворов и расплавов солей.
Например, металлический натрий получают электролизом расплава хлорида натрия:
K (-) Na+ + 
= Na,
= Na,
A (+) 2Cl- -2 = Cl2,
= Cl2,
2NaCl 
2Na + Cl2;
2Na + Cl2;
Медь можно получить электролизом раствора сульфата меди:
K (-) Cu2+ + 2 = Cu,
= Cu,
A(+) 2H2O – 4 = O2 + 4H+,
= O2 + 4H+,
2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2 + 2H2SO4;
2Cu + O2 + 2H2SO4;
Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na3AlF6 (из бокситов):
2Al2O3 –расплав в криолите, электр. ток.→ 4Al + 3 O2↑
V. Нахождение металлов в природе
Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.
1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)
2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe3O4, FeS2)
3. Благородные – в свободном виде (Au, Pt, Ag)
В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг.
Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.
Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.
Минерал – это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.
Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe2O3 – гематит, или красный железняк.
| Fe3O4 – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS. |
Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).
Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.
VI. Химические свойства металлов
Общие химические свойства металлов представлены в таблице:
Важно запомнить, что в химических реакциях металлы выступают в качестве восстановителей: отдают электроны и повышают свою степень окисления. Рассмотрим некоторые реакции, в которых участвуют металлы.
1. Взаимодействие с кислородом
Многие металлы могут вступать в реакцию с кислородом. Обычно продуктами этих реакций являются оксиды, но есть и исключения, о которых вы узнаете на следующем уроке. Рассмотрим взаимодействие магния с кислородом.
Магний горит в кислороде, при этом образуется оксид магния:
2Mg0 + O20 = 2Mg+2O-2
2. Взаимодействие с галогенами
Для металлов характерна реакция с галогенами. Продуктом такой реакции является галогенид металла, например, хлорид.
Калий сгорает в хлоре образованием хлорида калия:
2К0 + Cl20 = 2K+1Cl-1
3. Взаимодействие с серой
Многие металлы реагируют с серой с образованием сульфидов. В этих реакциях металлы также выступают в роли восстановителей, тогда как сера будет окислителем. Сера в сульфидах находится в степени окисления -2, т.е. она понижает свою степень окисления с 0 до -2. Например, железо при нагревании реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):
Fe0 + S0 = Fe+2S-2
Металлы также могут реагировать с водородом, азотом и другими неметаллами при определенных условиях.
4. Взаимодействие с водой
Металлы по - разному реагируют с водой:
Помните!!!
Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
5. Взаимодействие с кислотами
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
| |
X
|
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
6. Взаимодействие с растворами солей менее активных металлов
Ме + Соль = Новый металл + Новая соль
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:
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.
VII. Задания для закрепления
Задание №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 =
Задание №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) =
Задание №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
|
Задание №4. 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:
|
Комментариев нет:
Отправить комментарий