Тема 9 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Металлы играют исключительно важную роль как в неживой, так и в живой природе. Многие металлы являются биогенными. Они входят в состав гемоглобина (железо), хлорофилла (магний), биологических катализаторов – ферментов (цинк, магний), участвуют в регуляции метаболизма живой клетки (калий, натрий), в процессах образования почв и почвенных растворов как питательной среды растений.

С точки зрения строения атома металлы характеризуются содержанием 1-2, реже трех, электронов на внешнем уровне. К металлам относятся все S-элементы (за исключением водорода и гелия), все α- и φ-элементы, некоторые р-элементы.

В химических реакциях металлы отдают свои валентные электроны, являясь восстановителями, и всегда проявляют только положительную степень окисления.

Для всех металлов (кроме ртути) характерно твердое агрегатное состояние, пластичность, тепло- и электропроводимость.

В природе металлы находятся в составе руд, реже – в самородном виде (золото, серебро, платина). Получение металлов из руд осуществляется пиро-, гидро- и электрометаллургическими методами.

Химическая активность металлов различна. Стандартный электродный потенциал металлов является мерой их активности. Чем левее расположен металл в ряду напряжений (приложение 7), тем он активнее, тем лучшим восстановителем он является. Каждый металл в ряду напряжений вытесняет все следующие за ним металлы из растворов их солей.

Вариант 1

1. Элементы каких электронных семейств являются только металлами? Как это можно объяснить с точки зрения строения их атомов?

2. Какой из металлов – титан или никель – является более сильным восстановителем, если l_Ti⁰ = –1,75 в, а l_Ni⁰ = –0,25 в? Может ли никель вытеснить титан из его соли в водном растворе?

3. Напишите уравнения реакции взаимодействия:

а) железа и разбавленной азотной кислоты;

б) алюминия и едкого кали.

Вариант 2

1. Какие подгруппы (главные или побочные) в системе Д. И. Менделеева образованы только металлами? Какое электронное семейство и почему они образуют?

2. Какие металлы взаимодействуют с водой при комнатной температуре? Приведите пример уравнения реакции.

3. Составьте уравнения реакции взаимодействия:

а) цинка и разбавленной серной кислоты;

б) хрома и едкого кали.

Вариант 3

1. Какого типа ионы образуют, как правило, металлы в водных растворах? Напишите общую электронную схему перехода металла в ионное состояние.

2. В чем состоит принципиальное отличие механизма взаимодействия металлов с соляной кислотой, с одной стороны, и с азотной кислотой – с другой? Покажите на примере цинка.

3. Напишите уравнения реакции взаимодействия алюминия и едкого натра.

Вариант 4

1. Каков характер химической связи атомов в металлических веществах? Какие физические свойства металлов этот тип связи обусловливает?

2. Укажите, как с помощью ряда напряжений можно определить, какие металлы образуют по отношению к железу катодные, а какие – анодные антикоррозионные покрытия.

3. Составьте уравнения реакции взаимодействия:

а) меди с концентрированной серной кислотой;

б) свинца и едкого натра.

Вариант 5

1. В чем состоит химическая сущность пирометаллургического метода получения металлов? Какие восстановители при этом применяются?

2. В чем состоит принципиальное отличие механизма взаимодействия металлов с разбавленной и концентрированной серной кислотой? Покажите на примере цинка.

3. Приведите формулы и названия солей алюминия, хрома и свинца, образующихся в результате взаимодействия этих металлов с едким натром. Какой газ всегда выделяется при реакциях этого типа?

Вариант 6

1. Электроны какого подуровня вовлекаются в химическую связь в атомах металлов четвертого периода при образовании таких соединений, как, например, K₂Cr₂O₇; KMnO₄; Fe₂O₃? Покажите на электронных формулах этих металлов.

2. Из какой кислоты ни один металл не вытесняет водорода?

3. Напишите уравнения реакции взаимодействия:

а) серебра с концентрированной серной кислотой;

б) цинка с едким натром.

Вариант 7

1. Как изменяется энергия ионизации металлов S-электронного семейства сверху вниз по подгруппе? Ответ поясните соответствующими изменениями в строении атомов.

2. Какова химическая сущность алюминотермии? Напишите уравнения реакции алюминотермического получения железа.

3. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) свинца и разбавленной азотной кислоты;

б) бериллия и едкого кали.

Вариант 8

1. Какую роль – восстановителей или окислителей – играют металлы (в виде простых веществ) в окислительно-восстановительных процессах? Ответ обоснуйте строением атомов металлов.

2. Электродные потенциалы цинка, железа и олова соответственно равны: l_Zn⁰ = –0,76 в; l_Fe⁰ = –0,44 в; l_Sn⁰ = –0,14 в. Определите исходя из этих данных, какой металл образует на стальном изделии катодное покрытие, а какой – анодное.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия:

а) свинца и концентрированной азотной кислоты;

б) хрома и едкого натра.

Вариант 9

1. Какие металлы встречаются в природе в свободном состоянии? Каково положение этих металлов в ряду напряжений?

2. Составьте уравнения реакций взаимодействия металлического железа с нитратом (II) и металлического алюминия с сульфатом меди (II). Укажите, какие частицы (атомы металлов или их ионы) являются в данных реакциях окислителями, а какие – восстановителями.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия:

а) свинца и концентрированной азотной кислоты;

б) бериллия и едкого натра.

Вариант 10

1. Какие типы руд (по характеру химических соединений) образуют металлы? Приведите примеры.

2. Проанализируйте ряд напряжений и укажите два – три металла, которые могут играть роль протекторов по отношению к железу с целью защиты стальных конструкций от коррозии.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия:

а) железа и разбавленной азотной кислоты;

б) олова и едкого натра.

Вариант 11

1. Металлы каких групп периодической системы образуют только основные оксиды, а каких – и основные, и кислотные? Приведите примеры оксидов различных типов.

2. Укажите, как с помощью ряда напряжений можно определить, какой из металлов гальванопары, образующихся при электрохимической коррозии, будет переходить в ионное состояние, т. е. разрушаться.

3. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) меди и разбавленной азотной кислотой;

б) бериллия и едкого кали.

Вариант 12

1. Какие металлы и почему могут быть получены только электролизом расплавов их химических соединений?

2. Укажите реакцию среды водных растворов следующих солей металлов: карбоната натрия, хлорида алюминия. Ответ поясните.

3. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) меди с концентрированной азотной кислотой;

б) олова и едкого кали.