Коновалова Лидия Викторовна, преподаватель химии, ГОУ СПО «ТОМУ 1» г. Узловая, Тульская область г Химия металлов Занятие 1 «Общие сведения о металлах»

Металлы - это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители Ме 0 – nе = Ме n+. Характеризуются небольшим числом электронов внешнего слоя (в основном 1 - 3), большим радиусом R атомов, Особенности электронного строения атомов металлов

Признаки сравненияВ главной подгруппеВ периоде Число электронов на внешнем слое не изменяется увеличивается Радиус атома увеличивается уменьшается Электроотрицательностьуменьшаетсяувеличивается Восстановительные свойства усиливаются уменьшаются Металлические свойстваусиливаются уменьшаются Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

кубическая объемно-центрированная кубическая гранецентрированная кубическая гексагональная плотноупакованная

сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делокализована; валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален; металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью. Характеристика металлической связи

Физические свойства Чем обусловлено данное свойство Высокая электрическая и теплопроводимость Обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля. Металлический блеск Результат - отражение световых лучей. В порошкообразном состоянии большинство металлов теряют блеск и имеют серую или черную окраску, кроме магния, он блестит. Плотность, температура плавления и твердость. С увеличением числа электронов, связывающих ион-атома,и уменьшением межатомного расстояния в кристаллах показатели этих свойств возрастают. Пластичность Механические воздействия на кристалл с металлической кристаллической решеткой вызывают смещение слоев ион-атомов относительно друг-друга, а так как некоторые электроны перемещаются по всему кристаллу, разрыв связей не происходит, поэтому для металлов характерна большая пластичность.

Взаимодейств ие с неметаллами Взаимодейств ие с водой Взаимодействи е с растворами кислот Взаимодействи е с растворами солей Взаимодействи е с оксидами металлов (металлотермия) Взаимодействи е со щелочами (только амфотерные)

Взаимодействие с неметаллами (в названиях полученных веществ окончание -иды) 2Mg 0 +O 2 0 >2Mg 2+ O 2- (оксид магния) Mg 0 -2e – >Mg 2+ 2 восстановитель 2O 0 +4e – >2O 2 – 1 окислитель Fe 0 +S 0 >Fe 2+ S 2- (сульфид железа II) Fe 0 -2e – >Fe 2+ 1 восстановитель S 0 +2e – >S 2 – 1 окислитель

Взаимодействие с водой. Самые активные металлы реагируют с водой при обычных условиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания и выделяется водород 2Li 0 +2H 2 + O 2– > 2Li + O 2- H + + H 2 0 Li 0 -1e – >Li + 2 восстановитель 2H + +2e – >2H 0 1 окислитель Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре с выделением водорода и образованием оксида соответствующего металла Zn + H 2 O = ZnO +H 2

Происходит при соблюдении ряда условий: Металл должен находиться левее в ряду напряжений металлов; В результате реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется осадком и доступ кислоты к металлу прекратиться; Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе кислоты; По особому взаимодействуют с металлами концентрированные азотная и серная кислоты; 2H + Cl – +Zn0 Zn 2+ Cl 2 - +H 2 0

Взаимодействие с растворами солей При этом соблюдаются следующие условия: Металл должен находиться в ряду напряжений левее металла, образующего соль; В результате реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется осадком и доступ кислоты к металлу прекратиться; Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе соли; Fe 0 +Cu 2+ Cl 2 –Fe 2+ Cl 2 – +Cu 0

Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 [Be(OH) 4 ] + H 2 Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.

Некоторые активные металлы способны вытеснять другие металлы из их оксидов при поджигании смеси. 2Al 0 + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 +2Fe 0

Способы получения металлов Пирометаллургия – это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей (C, CO, H2, Al, Mg и др.). Гидрометаллургия – это получение металлов, при котором сначала природное соединение металла (оксид) растворяют в кислоте, получая соль. Затем из полученного раствора необходимый металл вытесняют более активным металлом. Электрометаллургия – это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений. Роль восстановителя при этом играет электрический ток.

Пирометаллургия из их оксидов углем или оксидом углерода (II) ZnО + С = Zn + СО Fе 2 О 3 + ЗСО = 2Fе + ЗСО 2 водородом WO 3 + 3H 2 =W + 3H 2 O СоО + Н 2 = Со + Н 2 О алюминотермия 4Аl + ЗМnО 2 = 2А1 2 О 3 + ЗМn

Гидрометаллургия CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O, CuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Cu.

СuСl 2 Сu 2 + 2Сl - Катод(восстановление): Сu е - = Сu 0 Анод (окисление): 2Cl е - = Сl° 2

Человек использовал металлы и сплавы с древних времен для изготовлений орудий труда. В история человечества выделяют медный век, бронзовый и железный, который продолжается и в настоящее время. Ведь в настоящее время железные сплавы составляют почти 90% всего количества металлов и металлических сплавов.

Сплавы СоставПрименение Чугун Содержит 1,7-4,3% С, 1,25-4,0% Si и до 1,5% Mn. Производство литых деталей (шестерни, колеса, трубы) Бронза На основе меди с добавкой (до 20%) олова. В машино- строение (подшипники, арматура) Мельхиор Содержит около 80% меди и 20% никеля. Изготовление столовых приборов.

Металл Признаки заболеваний Ca Остеопороз – костное заболевание, а также разрушения зубов, т.к. элемент входит в состав костной ткани; активирует сокращение мышечных волокон. Zn Обнаружен в составе ферментов и инсулине. Fe Входит в состав гемоглобина(крови). КРегулирует работу сердечной мышцы. Na При избытке элемента вызывает заболевание гипертонию- повышенное давление, а при недостатке – гипотонию.

Напишите уравнения реакций взаимодействия между веществами: а) Li, Na, Ca, Fe c O 2, Cl 2, S, N 2, C: б) Na, Ca, Al c H 2 O; в) Zn c H 2 SO 4 ; Al c HCl; г) Zn c CuSO 4 ; Al c NaOH; Be c KOH.

Решите задачу : Смесь порошков железа и меди массой 10 г обработали раствором НСl, при этом выделился газ объёмом 2,24 л. Определите массовую долю металлов в смеси.

Химический диктант Вопросы: 1. Сколько электронов у элементов металлов на внешнем слое? 2. Тип химической связи в металлах? 3. Какие подвижные частицы кристаллической решетки обеспечивают физические свойства металлов? 4. Самый легкий металл? 5. Лучшие проводники электричества среди металлов? 6. В химических реакциях металлы выполняют роль восстановителей или окислителей? 7. Способ получения металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей? 8. Важнейшие сплавы на основе железа? 9. Получение металлов из растворов и расплавов при пропускании электрического тока? 10. Способ получения металлов из их оксидов при взаимодействии с алюминием?

Са + H 2 SO 4 + О2+ О2 +H 2 O Напишите уравнения реакции соответствующие схеме, продукты реакции назовите

Cu + HNO 3 (P) Cu (NO 3 ) 2 + NO + H 2 O Cu + HNO 3 (K) Cu (NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O Na + HNO 3 NaNO 3 + N 2 O + H 2 O Расставить коэффициенты, найти окислитель и восстановитель в уравнениях реакций: