Химические свойства металлов

Взаимодействие кислот с металлами. Взаимодействие серной кислоты с металлами

Химическая реакция кислоты с металлом является специфичной для данных классов соединений. В ее ходе протон водорода восстанавливается и в связке с кислотным анионом заменяется на катион металла. Это пример реакции с образованием соли, хотя существует и несколько типов взаимодействий, не подчиняющихся данному принципу. Они протекают как окислительно-восстановительные и не сопровождаются выделением водорода.

Принципы реакций кислот с металлами

Все реакции неорганической кислоты с металлом приводят к образованию солей. Исключением является, пожалуй, лишь реакция благородного металла с царской водкой, смесью соляной и азотной кислоты. Любое другое взаимодействие кислот с металлами приводит к образованию соли. В случае если кислота не является ни серной концентрированной, ни азотной, то в качестве продукта выщепляется молекулярный водород.

Но когда в реакцию вступает концентрированная серная кислота, взаимодействие с металлами протекает по принципу окислительно-восстановительного процесса. Потому экспериментально было выделено два типа взаимодействий типичных металлов и крепких неорганических кислот:

• взаимодействие металлов с разбавленными кислотами;
• взаимодействие с концентрированной кислотой.

Реакции по первому типу протекают с любой кислотой. Исключением является лишь концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации. Они реагируют по второму типу и приводят к образованию солей и продуктов восстановления серы и азота.

Типичные взаимодействие кислот с металлами

Металлы, расположенные левее водорода в стандартном электрохимическом ряду, реагируют с разбавленной серной кислотой и другими кислотами различной концентрации за исключением азотной с образованием соли и выделением молекулярного водорода. Металлы, расположенные правее водорода в ряду электроотрицательности, не могут реагировать с указанными выше кислотами и взаимодействуют лишь с азотной кислотой независимо от ее концентрации, с концентрированной серной кислотой и с царской водкой. Это типичное взаимодействие кислот с металлами.

Реакции металлов с концентрированной серной кислотой

При содержании серной кислоты в растворе более 68%, она считается концентрированной и взаимодействует с металлами левее и правее водорода. Принцип протекания реакции с металлами различной активности показан на фото ниже. Здесь окислителем является атом серы в сульфат-анионе. Она восстанавливается до сероводорода, 4-валентного оксида или до молекулярной серы.

Реакции с разбавленной азотной кислотой

Разбавленная азотная кислота реагирует с металлами, расположенными левее и правее водорода. В ходе реакции с активными металлами образуется аммиак, который сразу же растворяется и взаимодействует с нитрат-анионом, образуя еще одну соль. С металлами средней активности кислота реагирует с выделением молекулярного азота. С малоактивными реакция протекает с выделением оксида 2-валентного азота. Чаще всего образуется несколько продуктов восстановления серы в одной реакции. Примеры реакций предложены в графическом приложении ниже.

Реакции с концентрированной азотной кислотой

В данном случае окислителем также выступает азот. Все реакции заканчиваются образованием соли и выделением оксида азота. Схемы протекания окислительно-восстановительных реакций предложены на графическом приложении. При этом отдельного внимания заслуживает реакция царской водки с малоактивными элементами. Такое взаимодействие кислот с металлами неспецифично.

Реакционная способность металлов

Металлы вступают в реакции с кислотами достаточно охотно, хотя есть несколько инертных веществ. Это благородные металлы и элементы, имеющие высокий стандартный электрохимический потенциал. Существует ряд металлов, который построен на основании данного показателя. Он называется рядом электроотрицательности. Если металл стоит в нем левее водорода, то он способен вступать в реакцию с разбавленной кислотой.

Существует лишь одно исключение: железо и алюминий за счет образования на их поверхности 3-валентных оксидов не могут реагировать с кислотой без нагревания. Если смесь подогревается, то изначально в реакцию вступает оксидная пленка металла, а затем он сам растворяется в кислоте. Металлы, расположенные правее водорода в электрохимическом ряду активности, не могут реагировать с неорганической кислотой, в том числе и с разбавленной серной. Исключений из правил два: эти металлы растворяются в концентрированной и разбавленной азотной кислоте и царской водке. В последней не могут быть растворены только родий, рутений, иридий и осмий.

Химические свойства металлов

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы.

Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены только положительно. Поэтому металлы называются «электроположительными» элементами, в отличие от «электроотрицательных» элементов — металлоидов, для которых более характерна способность при соединять электроны.

Удельный вес и температура плавления некоторых металлов

Почему типичные металлы восстановители

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

Для сравнительного изучения активности металлов можно воспользоваться различными реакциями. Особенно удобны для этой цели реакции вытеснения металлов из их солей другими металлами. Опустим, например, кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением

Проверь хорошо ли Вы знаете науки
Ты получил <> снаружи >или в ионной форме

Zn + Pb •• = Pb + Zn ••

Из уравнения видно, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам Рb •• , тем самым превращаясь в ионы Zn •• , а ионы Рb •• разряжаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, т. е погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

Сравнивая таким же способом активность свинца и меди, легко убедиться, что свинец более активен, чем медь, так как он вытесняет медь из ее солей, а медь не может вытеснять свинец:

Рb + Cu •• = Сu + Рb ••

Следовательно, из трех сравниваемых металлов — цинка, свинца и меди — наиболее активным, легче других отдающим электроны, является цинк, менее активен свинец и еще менее активна медь.

Вытеснение металлов из соединений металлами

Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые было подробно изучено Н. Н. Бекетовым (1865 г.), расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый «вытеснительный ряд». В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений, так как положение каждого металла в ряду точно определяется величиной электрического напряжения, или разности потенциалов, возникающей при погружении данного металла в раствор его соли. Об измерении этих величин и их значении будет сказано несколько позже.

Для наиболее важных металлов ряд напряжений, как уже было указано , имеет следующий вид:

Уменьшение химической активности нейтральных атомов

К, Na, Са, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H₂, Cu, Hg, Ag, Au

Уменьшение способности ионов к присоединению электронов

В этом ряду помещен и водород, так как он тоже может вытеснять некоторые металлы из растворов их солей и в свою очередь вытесняется многими металлами из растворов кислот.

Определения положения водорода в вытеснительном ряду

Для определения положения водорода в «вытеснительном ряду» Бекетовым производились следующие опыты. В колена изогнутой стеклянной трубки (рис.) помещали отдельно друг от друга раствор соли металла, кислоту и цинк. Трубку запаивали» затем наклоняли ее так, что цинк падал в кислоту и выделяющийся водород действовал под давлением на раствор соли.

Наблюдая явления, происходящие в колене трубки, наполненном раствором соли, можно было судить о том, вытесняется ли металл водородом. На основании проведенных опытов Бекетов пришел к заключению, что в «вытеснительном ряду» водород занимает место после свинца и может вытеснять(восстанавливать) следующие за ним металлы: медь, ртуть, серебро, золото из растворов их солей.

Бекетов был убежден, что реакции вытеснения водорода металлами являются обратимыми и что для каждого металла должно существовать такое давление, при котором направление реакции меняется на обратное, т. е. водород начинает вытеснять металл из раствора его соли.

Взгляды Бекетова получили позднее полное подтверждение.

Рассмотрим, например, реакцию вытеснения водорода цинком:

Константа равновесия этой реакции выражается следующей формулой:

где вместо концентрации водорода взято его давление р_н2 в атмосферах. Вычисление показывает, что при обычной температуре К = 36 • 10 24 . Значит, потребовалось бы недостижимое при современной технике давление водорода, чтобы сделать ощутимой обратную реакцию, т. е. вытеснение цинка водородом. При обычном же давлении равновесие реакции практически нацело смещено вправо.

Однако для реакции

Sn + 2H • ⇄ Sn •• + H₂

Это значит, что равновесие будет достигнуто, например, при концентрациях: [Sn •• ]= l г-ион/л,[Н • ] = 0,01 г-ион/л и давлении водорода р_н2 = 4 ат. Следовательно, при сравнительно небольшом давлении водород может вытеснить олово из раствора его соли.

Электрохимический ряд напряжений

Ряд напряжений дает много общих указаний относительно химического поведения отдельных металлов при реакциях в растворах:

1. Каждый металл этого ряда, а также и водород, находящийся под давлением, вытесняет (восстанавливает) все следующие за ним металлы из растворов их солей. В свою очередь сам он может быть вытеснен (восстановлен) любым из металлов, стоящих впереди него.
2. Только те металлы, которые стоят в ряду напряжений впереди водорода, могут вытеснять его из разбавленных кислот («солей водорода»). Металлы, стоящие вправо от водорода, не способны вытеснять водород из кислот.
3. Чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем он активнее, тем больше его восстановительная способность в отношении ионов других металлов, тем легче он сам превращается в ионы, тем труднее восстанавливаются его ионы.

Вы читаете, статья на тему Химические свойства металлов

Похожие страницы:

Вытеснительный ряд металлов Бекетова Рассматривая способы получения водорода, мы уже отмечали, что одни металлы легко вытесняют из воды водород, другие —.

Ряд активности металлов это последовательность в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов. Металлы в ряду активности.

Химические свойства воды Из химических свойств воды прежде всего следует отметить большую устойчивость ее молекул по отношению к нагреванию. Однако.

Химические уравнения и расчеты по ним Согласно атомно-молекулярной теории, всякая химическая реакция заключается в том, что молекулы одних веществ превращаются.

Сернистые металлы Соли сероводородной кислоты называются сернистыми металлами или сульфидами. Они могут быть получены непосредственным соединением металлов с серой. Смешав.

Составление ионных уравнений Подавляющее большинство реакций, с которыми нам придется сталкиваться при изучении свойств отдельных элементов и их соединений, протекает.

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Активные металлы

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

• литий;
• натрий;
• калий;
• рубидий;
• цезий;
• франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

• бериллий;
• магний;
• кальций;
• стронций;
• барий;
• радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Алюминий

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al₂O₃, которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s

. В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na₃ и Al₂O₃. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF₃, CaF₂ и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий способен взаимодействовать с водой после удаления с его поверхности оксидной пленки (1), взаимодействовать с простыми веществами (кислородом, галогенами, азотом, серой, углеродом) (2-6), кислотами (7) и основаниями (8):

Положение активных металлов в таблице Менделеева

К активным металлам относятся три группы элементов:

• щелочные металлы;
• щелочноземельные металлы;
• алюминий.

Щелочные металлы находятся в первой группе таблицы Менделеева, то есть занимают в ней крайнее левое положение. В частности щелочными металлами являются:

• литий (Li);
• натрий (Na);
• калий (K);
• рубидий (Rb);
• цезий (Cs);
• франций (Fr).

Щелочноземельные металлы находятся во второй группе, то есть правее щелочных металлов. К ним относятся:

• бериллий (Be);
• магний (Mg);
• кальций (Ca);
• стронций (Sr);
• барий (Ba);
• радий (Ra).

Активные металлы в таблице Менделеева

В целом активные металлы отличаются тем, что имеют один или два валентных электрона, поэтому они легко отдают эти электроны в ходе химических реакций, выступая в качестве восстановителей. Степень активности металла можно оценить по его расположению в электрохимическом ряде активности металлов. Чем левее там находится металл, тем сильнее выражены его восстановительные свойства. Крайнее левое положение в ряде занимает литий. В вот крайне правое положение в ряду занимает золото, именно поэтому оно почти не окисляется кислотами.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Алюминий – это так называемый постпереходный металл, по своим свойствам он находится где-то между активными и среднеактивными металлами. Разные ученые придерживаются различного мнения о том, стоит ли считать алюминий активным металлом.

Активные металлы не встречаются в природе в чистом виде, так как они быстро вступают в химические реакции с другими элементами. Чаще всего в природе они присутствуют в виде оксидов. Например, даже если алюминий получен в чистом виде, то на воздухе он быстро покрывается оксидной пленкой.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция

Уравнение

Исключение

Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом

Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре

Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются

Реагируют с простыми веществами, образуя соли

Алюминий не вступает в реакцию с водородом

Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород

Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки

Реагируют с кислотами, образуя соли

Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Александр Котков 5/5
• Илья Ударцев 5/5
• Инесса Медведева 4/5
• Александр Котков 5/5
• Лидия Маслова 5/5
• Александр Котков 5/5
• Сергей Ефремов 2/5
• Дима Мухтаров 5/5
• Сергей Макаров 5/5
• Александр Просто 5/5

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 705.

Источник https://fb.ru/article/194049/vzaimodeystvie-kislot-s-metallami-vzaimodeystvie-sernoy-kislotyi-s-metallami

Источник https://znaesh-kak.com/x/x/%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2

Источник https://rosobrnauka.ru/nauki-o-prirode/aktivnie-metalli.html