ХИМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  МЕТАЛЛОВ

По химическим свойствам металлы подразделяют на:

 1)Активные (щелочные  и щелчноземельные металлы, Mg, Al, Zn  и др.)

 2) Металлы средней активности (Fe, Cr, Mn и др.) ;

 3)Малоактивные  (Cu, Ag)

 4) Благородные металлы – Au, Pt, Pd и др.

В реакциях  - только  восстановители.

 Атомы металлов легко отдают электроны внешнего (а некоторые – и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

 Возможные степени окисления Ме

 Низшая 0,+1,+2,+3

 Высшая +4,+5,+6,+7,+8

  1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ  С ВОДОРОДОМ

 Реагируют при нагревании металлы IA  и  IIA группы, кроме бериллия.

Образуются  твёрдые нестойкие  вещества  гидриды, остальные металлы не реагируют.

 2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)

 Ca + H₂ = CaH₂ 

 

2.С КИСЛОРОДОМ →

 Реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. 

Щелочные металлы при нормальных условиях  образуют  оксиды, пероксиды, надпероксиды  (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид)

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)  

K+O2=KO2 (надпероксид)

Остальные металлы главных подрупп  при нормальных условиях образуют оксиды со степенью окисления, равной номеру группы

  2Сa+O2=2СaO

Металлы побочных подрупп образуют оксиды при нормальных условиях и при нагревании оксиды  разной степени окисления, а  железо железную окалину Fe3O4  (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный)             2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный ); 

2Zn +  O₂ = ZnO

4Cr + 3О2 = 2Cr2О3 

 

3. С ГАЛОГЕНАМИ – галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды). 

Щелочные при нормальных условиях с F, Cl , Br  воспламеняются:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Щелочноземельные  и алюминий реагируют при нормальных условиях:

Сa+Cl2=СaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂  =  Cu⁺²Cl₂

Zn +  Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (+3)

2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3 

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (+2)!) 

 

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СЕРОЙ  при нагревании даже у щелочных металлов, с ртутью при нормальных условиях. Реагируют все металлы, кроме золота и платины.

с серой – сульфиды:            

 2K + S  = K2S                2Li+S = Li2S (сульфид)

 Сa+S = СaS (сульфид)         2Al+3S = Al2S3

Cu + S = Cu⁺²S (чѐрный)        Zn +  S = ZnS

2Cr + 3S = Cr2⁺³S3            Fe + S = Fe⁺²S 

5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ  С ФОСФОРОМ И АЗОТОМ протекает при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :

с фосфором – фосфиды:       3Ca + 2P =Са3P2,

С азотом – нитриды                6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.) 

 

                                                   3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

 

                                                    2Al + N2 = 2A1N  

       

                                                    2Cr + N2 = 2CrN 

                                                   

                                                     3Fe + N2 = Fe₃⁺²N₂¯³

6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С УГЛЕРОДОМ И КРЕМНИЕМ протекает при нагревании:

С углеродом образуются карбиды 

С углеродом реагируют только наиболее активные металлы.  

Из щелочных металлов карбиды образуют литий и натрий, калий, рубидий, цезий не взаимодействуют с углеродом :                                                     

                                                     2Li + 2C =  Li2C2, 

                                                     Са + 2С = СаС2

Металлы – d-элементы образуют с углеродом  соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей.

с кремнием – силициды:        4Cs + Si  = Cs4Si,

 

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ  МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ:

С водой реагируют металлы, стоящие до водорода в электрохимическом ряду напряжений   

 Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой без нагревания , образуя  растворимые гидроксиды( щелочи ) и водород,  алюминий (после разрушения оксидной пленки  - амальгирование), 

 магний при нагревании, образуют нерастворимые основания и водород.

              2Na  + 2HOH =  2NaOH  + H2↑
              Сa  +  2HOH =  Ca(OH)2   + H2↑          

             2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2↑

Остальные металлы реагируют с водой только в раскаленном состоянии , образуя оксиды (железо – железную окалину)                                   

 Zn + Н2O =  ZnO + H2 ↑                      3Fe   +  4HOH  =   Fe3O4  +  4H2↑

2Cr + 3H₂O =  Cr₂O₃ + 3H₂↑

 

3) ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ  МЕТАЛЛОВ С КИСЛОРОДОМ  И ВОДОЙ 

На воздухе железо и хром легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

 

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ 

(оксидами неметаллов и менее активных металлов)

Металлы (Al, Mg,Са ), восстанавливают  при высокой температуре  неметаллы или  менее активные металлы из их оксидов → неметалл или малоактивный металл и оксид (кальцийтермия, магнийтермия, алюминотермия)

2Al + Cr2O3   =  2Cr + Al2O3

ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C)

8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (термит)

 

2Mg + CО2 = 2MgO + С                     Mg + N2O = MgO + N2↑

Zn + CО2 = ZnO+ CO                         2Cu + 2NO  =  2CuO + N2 

3Zn + SО2 = ZnS + 2ZnO  

 

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ 

Металлы  железо и хром реагируют со  оксидами, уменьшая степень окисления

Cr + Cr2⁺³O3  = 3Cr⁺²O

Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

 

5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ (КРОМЕ  HNO3 и  Н2SО4 (конц.)

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот → соль и водород.

Мg + 2НС1 = МgСl2 + Н2↑
Al + 2НС1 =  Al⁺³Сl₃ + Н2↑

С концентрированной серной и азотной любой концентрации реакции идет по другому механизму

Металл + HNO₃  →  соль + H₂O + …

Запомни! Азотная кислота никогда не выделяет водород при взаимодействии с металлами.

В качестве продуктов могут образовываться оксиды азота в разных степенях окисления, молекулярный азот, аммиак и соли аммония.
 Металлы платиновой группы - золото, платина и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется  концентрацией кислоты.

Общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

                                                              ←увеличение концентрации кислоты

                                                                         NO2,NO,N2O,N2,NH4NO3

                                                              → увеличение активности металла

 Пассивация: с холодной конц. серной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co

При нагревании пассивирующие  пленки растворяются, и взаимодействие с кислотой протекает интенсивно.

Металл + H₂SO₄(конц)   →  соль + H₂O + …

 

6. РЕАКЦИИ С СОЛЯМИ

Активные металлы вытесняют из  солей менее активные.

Восстановление из растворов:

CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu 

FeSO4 + Cu =

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 + Сu 

Восстановление металлов из расплавов их солей

3Na+ AlCl₃ =  3NaCl + Al

TiCl2 + 2Mg  = MgCl2 +Ti

Металлы  групп В реагируют с солями, понижая степень окисления.

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2 

 

7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ СО ЩЕЛОЧАМИ 

Со щелочами взаимодействуют только те металлы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) и др. 

РАСПЛАВ → соль металла + водород.   

 2NaOH  + Zn → Na2ZnO2 + H2↑ (цинкат натрия)

2Al + 2(NaOH · H2O) = 2NaAlO2 + 3H2

РАСТВОР  → комплексная  соль металла + водород.

2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2[Zn+2(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия) 

2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑