ХИМИЯ С-ВН141 металлы материал для изучения. Химия металлов
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Общая характеристика металлов главных подгрупп I-III групп ПСХЭ Д.И.Менделеева. Характеристика простых веществ и их соединений: натрий, кальций, алюминий. Характеристика металлов главной подгруппы I группы. Главную подгруппу I группы периодической системы составляют: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнем электронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляя степень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильными восстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электрон внешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силы притяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдаче этого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом ряду напряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода. Все щелочные металлы в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки, быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги, чаще всего под керосином. Щелочные металлы образуют соединения с преимущественно ионной связью. Оксиды щелочных металлов - твердые гигроскопичные вещества, легко взаимодействующие с водой. При этом образуются гидроксиды - твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Соли щелочных металлов, как правило, тоже хорошо растворяются в воде. Химические свойства 1. Активно взаимодействуют с водой: 2Na + 2H2O  2NaOH + H22Li + 2H2O 2LiOH + H2 2. Реакция с кислотами: 2Na + 2HCl 2NaCl + H2 3. Реакция с кислородом: На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.). 4Li + O2 2Li2O(оксид лития)2Na + O2 Na2O2(пероксид натрия)K + O2 KO2(надпероксид калия)4. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения: 2Li + Cl2 = 2LiCl(галогениды) 2Na + S = Na2S(сульфиды) 2Na + H2 = 2NaH(гидриды) 6Li + N2 = 2Li3N(нитриды) 2Li + 2C = 2Li2C2(карбиды) 5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета: Li+ - карминово-красный Na+ - желтый K+, Rb+ и Cs+ - фиолетовый Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов (смотри "Органическую химию") Характеристика элементов главной подгруппы II группы. Главную подгруппу II группы Периодической системы элементов составляют: бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Они называются щелочноземельными металлами. Атомы этих элементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона: ns2. В хим. реакциях атомы элементов подгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуют соединения, в которых степень окисления элемента равна +2. В свободном состоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболее распространенных элементов относятся кальций и магний. Основными кальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO3 (его разновидности - известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO4, гипс CaSO4 · 2H2O , флюорит CaF2 и фторапатит Ca5(PO4)3F. Магний входит в состав минералов магнезита MgCO3, доломита MgCO3 · CaCO3, карналлита KCl · MgCl2 · 6H2O. Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде. Физические свойства. Бериллий, магний, кальций, барий и радий - металлы серебристо-белого цвета. Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотности имеют кальций, магний, бериллий. Радий является радиоактивным химическим элементом. Бериллий, магний и особенно щелочноземельные элементы - химически активные металлы. Они являются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менее активен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металла защитной оксидной пленки. Химические свойства
Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуя оксиды и сульфаты: 2Be + O2 = 2BeO Ca + S = CaS Бериллий и магний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы - при обычных условиях. Все металлы этой группы легко реагируют с галогенами: Mg + Cl2 = MgCl2 При нагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другими неметаллами: Ca + H2 = CaH2 (гидрид кальция) 3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния) Ca + 2C = CaC2 (карбид кальция) Карибид кальция - бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбид, содержащий различные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбид кальция разлагается водой с образованием газа ацетилена - важного продукта хим. промышленности: CaC2 + 2H2O = CaOH)2 + C2H2
Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствует защитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой при нагревании: Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2 Остальные металлы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях: Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода: Be + 2HCl = BeCl2 + H2 Разбавленную азотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитрата аммония: 2Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O В концентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллий пассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.
Бериллий взаимодействует с водными растворами щелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода: Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2 Остальные металлы II группы с щелочами не реагируют.
Магний и щелочноземельные металлы могут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO Бериллий, магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридов или термическим восстановлением их соединений: BeF2 + Mg = Be + MgF2 MgO + C = Mg + CO 3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3 3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3 Характеристика элементов главной подгруппы III группы. Алюминий. Алюминий находится в главной подгруппе III группы периодической системы. На внешнем энергетическом уровне атома алюминия имеются свободные р-орбитали, что позволяет ему переходить в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии атом алюминия образует три ковалентные связи или полностью отдает три валентных электрона, проявляя степень окисления +3. Алюминий является самым распространенным металлом на Земле: его массовая доля в земной коре составляет 8,8%. Основная масса природного алюминия входит в состав алюмосиликатов - веществ, главными компонентами которых являются оксиды кремния и алюминия. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета, плавится при 600°C, очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу. По электропроводности алюминий уступает лишь серебру и меди. Взаимодействие с простыми веществами:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
4Al + 3O2 = 2Al2O3
2Al + 3S = Al2S3
2Al + N2 = AlN С водородом алюминий непосредственно не реагирует, но его гидрид AlH3 получен косвенным путем. Взаимодействие со сложными веществами:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 Если NaOH в твердом состоянии: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2NaAlO2 + 3H2
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 Свойства оксида и гидроксида алюминия: оксид алюминия, или глинозем, Al2O3 представляет собой белый порошок. Оксид алюминия можно получить, сжигая металл или прокаливая гидроксид алюминия: 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O Оксид алюминия практически не растворяется в воде. Соответствующий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 получают действием гидроксида аммония или растворов щелочей, взятых в недостатке, на растворы солей алюминия: AlCl3 + 3NH3 · H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl Оксид и гидроксид этого металла являются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства. Основные свойства: Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O Кислотные свойства: Al2O3 + 6KOH +3H2O = 2K3[Al(OH)6] 2Al(OH)3 + 6KOH = K3[Al(OH)6] Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O Алюминий получают электролитическим методом. Он не может быть выделен из водных растворов солей, т.к. является очень активным металлом. Поэтому основным промышленным методом получения металлического алюминия является электролиз расплава, содержащего оксид алюминия и криолит. Металлический алюминий широко используется в промышленности, по объему производства занимает второе место после железа. Основная масса алюминия идет на изготовление сплавов: Дуралюмин - сплав алюминия, содержащий медь и небольшое количество магния, марганца и других компонентов. Дуралюмины - легкие прочные и коррозионностойкие сплавы. Используют в авиа- и машиностроении. Магналин - сплав алюминия с магнием. Используют в авиа- и машиностроении, в строительстве. Стоек к коррозии в морской воде, поэтому его применяют в судостроении. Силумин - сплав алюминия, содержащий кремний. Хорошо подвергается литью. Этот сплав используют в автомобиле-, авиа- и машиностроении, производстве точных приборов. Алюминий - пластичный металл, поэтому из него изготавливают тонкую фольгу, используемую в производстве радиотехнических изделий и для упаковки товаров. Из алюминия делают провода, краски «под серебро». Строение атомов металлов изученных групп
Физические свойства:
Общие химические свойства
Встречаемость в природе
Применение
Закрепление и проверка знаний Контрольные вопросы
|