Химические свойства металлов

Date: 2015-10-07; view: 578.

Все металлы - восстановители, восстановительная способность различная.

Ряд активности металлов:

Li,K,Ba,Na,La,Mg,Lu,Be,Sc,Ti,Hf,Al,Zr,V,Mn,Cr,Zn,Fe,Cd,Co,Mi,Mo,Sn,W,Pb

H

Ge,Sb,Bi,Cu,Re,Ag,Pd,Hg,Pt,Au.

Все металлы можно разделить на группы:

• активные металлы стоят в ряду активности перед Cd;
• средней активности – находятся в ряду от Cd до Н;
• малоактивные металлы стоят в ряду активности после Н.

Свойства металлов:

1. Взаимодействие с водой.

.

Восстановитель: Me - ne‾ = Me⁺ⁿ,

Окислитель: 2H⁺ + 2e‾ = H₂,

Восстанавливаются водой металлы, стандартный электродный потенциал которых ниже потенциала ионов водорода в воде

< .

Стандартный электродный потенциал ионов водорода в воде (pH = 7)

= - 0,059·pH = - 0,41 B

Поэтому условие восстановления металла водой можно записать в виде

- 0,41 В >

Т.е. с водой, вытесняя из нее водород, взаимодействуют все металлы, стоящие до Cd, стандартный электродный потенциал которых ниже - 0,41 B.

Возможны следующие варианты протекания реакций:

• Реакция протекает при обычных условиях. Это металлы от начала ряда активности до Mg:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

• С горячей водой реагируют металлы стоящие в ряду от Mg до Cd:

• Некоторые из металлов, расположенные между Mg и Cd, например, Zn, Al покрыты защитными окисными плёнками (ZnO, Al₂O₃) и не растворяются в воде, т.е. металл не активен (пассивен). Явление называется пассивацией металла.

2. Взаимодействие с водными растворами щелочей.

С растворами щелочей взаимодействуют металлы склонные к образованию анионных комплексов: это амфотерные металлы - Zn, Al, Be, Ga, Sn, Pb. Механизм протекания реакции:

Zn +2 H₂O = Zn(OH)₂↓ + H₂↑ Zn(OH)₂↓ +2 NaOH = Na₂[Zn⁺²(OH)₄]‾².

3.Взаимодействие с растворами кислот.

Разбавленные кислоты являются окислителями за счёт водорода:

Условие протекания реакции- < .

Поэтому все металлы, кроме свинца, стоящие до водорода, взаимодействуют с разбавленными кислотами. Свинец не взаимодействует из-за пассивации, потому, что в начале реакции образуется трудно растворимая в воде соль свинца, покрывающая поверхность металла и защищающая от взаимодействия. Эффект пассивации из-за образования защитной пленки на поверхности, приводящий к замедлению реакции, наблюдается у некоторых других металлов.

Pb +2 HCl = PbCl₂ + H₂↑

4.Взаимодействие с концентрированной серной кислотой.

В концентрированной серной кислоте в роли окислителя выступает сера в степени окисления +6, входящая в состав сульфат-иона . Концентрированная серная кислота окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше 0,36 В, максимального значения электродного потенциала в электродных процессах с участием сульфат-иона . Концентрированная серная кислота восстанавливается до следующих продуктов

H₂S⁶⁺O_4(k) → S⁺⁴O₂ → S⁰ → H₂S^2-

Активные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая ее до сероводорода

5H₂S⁶⁺O_4(k) + 4Zn = 4ZnSO₄ + H₂S↑ +4H₂O

Малоактивные металлы реагируют с кислотой, восстанавливая ее до SO₂

2H₂S⁶⁺O_4(k) + Cu⁰ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Концентрированная серная кислота пассивирует металлы средней активности :Fe, Be, Cr, Co, Al. На поверхности металла образуются плотные пленки оксида:

3H₂SO_4(k) +2Fe = Fe₂O₃ + 3H₂O +3SO₂

Металлы Re, Mo, Tc, Ti, V взаимодействуют в соответствии с уравнением

2V +5H₂SO_4(k) =2HVO₃+5SO₂↑ + 4H₂O

5. Взаимодействие с азотной кислотой

В азотной кислоте в роли окислителя выступает азот в степени окисления +5.

Восстанавливается кислота до следующих продуктов:

HN⁵⁺O₃ → N⁴⁺O₂ → N²⁺O → N⁺₂O → N⁰ → N^3-H

NH₃ + HNO_3(р) + NH₄NO₃

HNO_3(к) + акт.Me = N₂O(N₂)

HNO_3(к) + малоакт.Me = NO₂

HNO_3(р) + малоакт.Me = NO

Примеры:

HNO_3(к) + Ca⁰ → Ca⁺²(NO₃)₂ + N⁺₂O + H₂O

HNO_3(р) + Ca⁰ → N^-3H₄NO₃ + Ca(NO₃)₂+ H₂O

HNO_3(к) + Cu⁰ → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

HNO_3(р) + Cu⁰ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Азотная кислота любой концентрации пассивирует металлы: Fe, Cr, Al, Be, Bi, Ni

на холоде . Ti, V, Re, Tc взаимодействуют с кислотой с образованием кислородсодержащих кислот:

3Tc + 7HNO₃ → 3HTcO₄ +7NO + 2H₂O

6. Взаимодействие со смесями кислот.

Окислительная способность азотной кислоты усиливается добавлением к ней фтороводородной или хлороводородной кислот. Эти смеси растворяют самые малоактивные металлы. «Царская водка» (HCl + HNO₃) растворяет золото и платину

4HCl + HN⁺⁵O₃ + Au → H[AuCl₄] + NO + 2H₂O –

21HF + 5HN⁺⁵O₃ + Ta → 3H₂[Ta⁺⁵F₇]^-2 + 5NO + 10H₂O

W, Ru, Os, Ir, Rh в «царской водке» не растворяются.

7. Взаимодействие с окислительно-щелочными расплавами

Ir + 2NaCl + 2Cl⁰₂ = Na₂IrCl₆