Меню сайта

Расписание уроков

Наш опрос

Время

Партнерство

Погода

Бохан Gismeteo

Общие свойства металлов

Положение металлов в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Металлическая связь. Физические и химические свойства металлов. Ряд напряжений металлов

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» (Рис. 1). Кроме того, химические элементы металлы образуют группы лантаноидов и актиноидов.

Расположение металлов среди элементов подгрупп А (выделены синим)

Рис. 1. Расположение металлов среди элементов подгрупп А (выделены синим)

Анимация: “Деление элементов на металлы и неметаллы”

Виртуальная образовательная лаборатория: “Знакомство с образцами металлов”

Тренажёр "Положение металлов в таблице элементов"

Строение атомов металлов

По сравнению с атомами неметаллов, атомы металлов имеют большие размеры и меньшее число внешних электронов, обычно оно равно 1–2. Следовательно, внешние электроны атомов металлов слабо связаны с ядром, металлы их легко отдают, проявляя в химических реакциях восстановительные свойства.

Анимация: “Металлы - восстановители”

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. Рис. 2.

Изменение металлических свойств в периодах

Рис. 2. Изменение металлических свойств в периодах

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. Рис. 3.

Изменение металлических свойств в подгруппах

Рис. 3. Изменение металлических свойств в подгруппах

Перечисленные закономерности характерны и для элементов побочных подгрупп, за редким исключением.

Атомы элементов металлов склонны к отдаче электронов. В химических реакциях металлы проявляют себя только как восстановители, они отдают электроны и повышают свою степень окисления.

Физические свойства металлов

Анимация: “Изменение электропроводности металла при его нагревании и охлаждении”

Металлическая связь– это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами в металлической кристаллической решётке.

Получение металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Mе_xO_y+ C = CO₂ + Me или Mе_xO_y+ CO = CO₂ + Me

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением

1 стадия – Mе_xS_y+O₂=Mе_xO_y+SO₂

2 стадия - Mе_xO_y+ C = CO₂ + Me или Mе_xO_y+ CO = CO₂ + Me

3 Алюминотермия (восстановление более активным металлом)

Mе_xO_y+ Al = Al₂O₃ + Me

4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты

Mе_xO_y+ H₂ = H₂O + Me

5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

1) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):

2NaCl –^{расплав,}^{электр. ток.} → 2 Na + Cl₂↑

CaCl₂–^{расплав,}^{электр. ток.}→ Ca + Cl₂↑

расплавов гидроксидов:

4NaOH –^{расплав, электр. ток.}→ 4Na + O₂↑ + 2H₂O

2) Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na₃AlF₆ (из бокситов):

2Al₂O₃–^{расплав в криолите, электр. ток.}→ 4Al + 3 O₂↑

3) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO₄+2H₂O –^{раствор, электр. ток.}→ 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

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.

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. Рис. 1.

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.

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

Горение магния в кислороде

Рис. 1. Горение магния в кислороде

Атомы магния отдают свои внешние электроны атомам кислорода: два атома магния отдают по два электрона двум атомам кислорода. При этом магний выступает в роли восстановителя, а кислород – в роли окислителя.

2. Взаимодействие с галогенами

Для металлов характерна реакция с галогенами. Продуктом такой реакции является галогенид металла, например, хлорид.

Горение калия в хлоре

Рис. 2. Горение калия в хлоре

Калий сгорает в хлоре образованием хлорида калия:

2К⁰ + Cl₂⁰ = 2K⁺¹Cl^-1

Два атома калия отдают молекуле хлора по одному электрону. Калий, повышая степень окисления, играет роль восстановителя, а хлор, понижая степень окисления,- роль окислителя

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

Взаимодействие железа с серой

Рис. 3. Взаимодействие железа с серой

Металлы также могут реагировать с водородом, азотом и другими неметаллами при определенных условиях.

Видео: "Самовоспламенение никеля на воздухе"

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

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

Видео: “Электрохимический ряд напряжения металлов. Вытеснение металла из соли другим металлом”

Видео-опыт: “Взаимодействие металлов с солями”

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:

Опыт: “Электрохимический ряд напряжений металлов. Вытеснение водорода металлами”

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.

Видео – Эксперимент: «Взаимодействие хлорида олова (II) с цинком («Оловянный ежик»)»

Виртуальная образовательная лаборатория: “Растворение железа и цинка в соляной кислоте ”

Виртуальная образовательная лаборатория: “Вытеснение одного металла другим из раствора соли”

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. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):

K+ O₂ =

Mg+ H₂O =

Pb+ HNO₃ (p) =

Fe+ CuCl₂ =

Zn + H₂SO₄ (p) =

Zn + H₂SO₄ (k) =

Задание №5. 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:

1) число электронов на внешнем уровне

3) электроотрицательность

4) восстановительные свойства

А) увеличивается

Б) уменьшается

В) не изменяется

Вход на сайт