Лабораторная работа Основные классы неорганических соединений
![]()
|
Лабораторная работа 14Химические свойства металлов Цель работы: изучить химические свойства металлов научиться составлять уравнения реакций взаимодействия металлов с водой, кислотами, щелочами. Задание: провести реакции взаимодействия металлов с водой, щелочами, разбавленными и концентрированными растворами серной и азотной кислот. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу. Теоретическое введение Металлы, имея низкие потенциалы ионизации, легко отдают валентные электроны и образуют положительно заряженные ионы: M − nē = Mn+ . Поэтому металлы в химических реакциях являются восстановителями и способны взаимодействовать с различными веществами − окислителями. Рассмотрим некоторые типичные случаи такого взаимодействия. 1. Металлы высокой химической активности могут разлагать воду с вытеснением водорода при комнатных температурах: 2K + 2H2O = 2KOH + H2. 2. С кислотами металлы реагируют различно в зависимости от активности самого металла и окислительных свойств кислоты: – В разбавленной серной кислоте и в растворах галогеноводородов окислителем является ион H+, поэтому в них растворяются металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода: Cd + H2SO4 (разб.) = CdSO4 + H2; Ni + 2HCl = NiCl2 + H2. – Концентрированная серная кислота является окислителем за счет S+6 и может при нагревании окислять металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода. Продукты ее восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла. При взаимодействии с малоактивными металлами кислота восстанавливается до SO2: Hg + 2H2SO4 (конц.) = HgSO4 + SO2 + 2H2O. При взаимодействии с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как SO2, так и свободная сера и сероводород: Cd + 2H2SO4 (конц.) = CdSO4 + SO2 + 2H2O; 3Zn+ 4H2SO4 (конц.) = 3ZnSO4 + S + 4H2O; 4Mg + 5H2SO4 (конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O. В этих реакциях часть молекул серной кислоты играют роль среды. – Азотная кислота является сильнейшим окислителем за счет N+5. Продукты восстановления различны и зависят от концентрации кислоты и активности металла: HNO3 → NO2 → NO → N2O → N2 → NH4NO3. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется NO2. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами выделяется NO. В случае более активных металлов выделяется N2O. Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Ag + 2HNO3 (конц.) = AgNO3 + NO2 + H2O; 3Ag + 4HNO3 (разб.) = 3AgNO3 + NO + H2O; 4Mg + 10HNO3 (разб.) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O; 4Ca + 10HNO3 (оч. разб.) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O. Al, Fe, Cr концетрированной азотной кислотой пассивируются. 3. Со щелочами реагируют металлы, дающие амфотерные гидроксиды (бериллий, цинк, алюминий, олово, свинец), а также металлы, обладающие высокими степенями окисления в присутствии сильных окислителей: Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2; 2Mo + 4KOH + 3O2 ![]() Выполнение работыОпыт 1. Взаимодействие металлов с водой В кристаллизатор с водой добавить несколько капель фенолфталеина. Пинцетом достать кусочек натрия (или кальция) из склянки, где он хранится под слоем керосина, и высушить его фильтровальной бумагой. Ножом отрезать небольшую часть (размером со спичечную головку) и пинцетом перенести в кристаллизатор с водой. Что наблюдается? Требования к результатам опыта 1. Составить уравнение реакции взаимодействия натрия с водой. 2. Сделать вывод, какие металлы взаимодействуют с водой. Опыт 2. Действие разбавленной и концентрированной серной кислоты на металлы В три пробирки налить по 2–3 мл разбавленной серной кислоты и опустить в одну из них кусочек железа, в другую – цинка, в третью – меди. Какие металлы реагируют с кислотами? (Проводить в вытяжном шкафу!) В две пробирки налить по 2–3 мл концентрированной серной кислоты. В одну из них опустить кусочек цинка, в другую – кусочек меди. Обе пробирки слегка нагреть. Наблюдать выделение серы и по запаху определить выделяющийся газ в первой пробирке. Какой газ выделяется во второй пробирке? Требования к результатам опыта 1. Составить уравнения реакций взаимодействия металлов с разбавленной серной кислотой. 2. Сделать вывод, какие металлы взаимодействуют с разбавленной серной и соляной кислотами. 3. Составить уравнения реакций взаимодействия цинка и меди с концентрированной серной кислотой. 4. Сформулировать правило взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой. Опыт 3. Действие разбавленной и концентрированной азотной кислоты на металлы (Проводить в вытяжном шкафу!) В две пробирки налить по 2–3 мл разбавленной азотной кислоты и опустить в одну из них кусочек цинка, в другую – кусочек меди. Слегка нагреть обе пробирки. Наблюдать выделение газа. (Проводить в вытяжном шкафу!) В две пробирки налить по 2–3 мл концентрированной азотной кислоты и опустить в одну из них кусочек цинка, в другую – кусочек меди. Какой газ выделяется? Требования к результатам опыта 1. Составить уравнения реакций взаимодействия цинка и меди с разбавленной азотной кислотой. 2. Составить уравнения реакций взаимодействия цинка и меди с концентрированной азотной кислотой. 3. Сформулировать правило взаимодействия металлов с концентрированной и разбавленной HNO3. |