Химические свойства металлов
Химические свойства металлов определяются их способностью отдавать электроны и превращаться в положительно заряженные ионы. По ряду активности металлов можно предсказать, будет ли металл реагировать с водой, кислотой или раствором соли.
Ряд активности и общий принцип
Металлы в ряду активности расположены от наиболее активных к наименее активным. Чем левее находится металл, тем легче он отдаёт электроны и тем сильнее проявляет восстановительные свойства. В школьных заданиях особенно важно положение металла относительно водорода: металлы, стоящие до водорода, обычно вытесняют его из разбавленных неокисляющих кислот.
Ряд активности — последовательность металлов, упорядоченных по уменьшению их химической активности. Условный фрагмент ряда: \(K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au\).
Более активный металл может вытеснить менее активный металл из раствора его соли. Металл, стоящий до водорода, может вытеснить водород из разбавленной неокисляющей кислоты.
При записи уравнений необходимо учитывать валентность элементов и расставлять коэффициенты. Реакция возможна только при наличии условий: контакта веществ, растворимости и достаточной активности металла.
Реакции металлов с водой
С водой наиболее активно реагируют щелочные и некоторые щёлочноземельные металлы. При этом образуются щёлочь и водород. Например, натрий реагирует с водой при обычных условиях. Реакция металла с водой может сопровождаться выделением тепла и движением металлического шарика по поверхности воды.
Кальций реагирует с холодной водой медленнее натрия, но также образует растворимое основание и водород:
Магний почти не реагирует с холодной водой из-за защитной плёнки, но реагирует с горячей водой или водяным паром. Железо взаимодействует с водяным паром при нагревании, образуя магнитный железняк и водород:
Медь, серебро и золото с водой не реагируют. Алюминий также обычно не реагирует с водой при обычных условиях: его защищает плотная оксидная плёнка.
Реакции с кислотами
Металл, стоящий в ряду активности до водорода, реагирует с разбавленной соляной или серной кислотой. Продукты реакции — соль и водород. Это общий тип реакции замещения: атомы металла замещают атомы водорода в кислоте.
Например, цинк находится до водорода, поэтому реагирует с соляной кислотой:
Медь находится после водорода, поэтому с разбавленной соляной кислотой не реагирует. Реакция металла с кислотой не всегда приводит к выделению водорода: концентрированные азотная и серная кислоты являются окислителями и требуют специальных правил, которые в простых заданиях нельзя заменять общим правилом.
Нельзя утверждать, что любой металл реагирует с любой кислотой с выделением водорода. Сначала сравните металл с водородом в ряду активности и определите, какая кислота дана. Медь с разбавленной соляной кислотой не реагирует.
Реакции с растворами солей
Металл вытесняет другой металл из раствора его соли, если он активнее вытесняемого металла. При этом исходный металл переходит в раствор в виде ионов, а менее активный металл выделяется на поверхности.
Пример: железо активнее меди, поэтому железная пластинка вытесняет медь из раствора сульфата меди(II). Раствор меняет окраску, а на железе появляется красный налёт меди.
Реакция металла с солью обычно рассматривается для растворов. Если образуется нерастворимое вещество или металл покрыт защитной плёнкой, условия реакции нужно анализировать отдельно. Щелочные металлы не используют в таких простых реакциях с водными растворами: они сначала реагируют с водой.
Какая реакция возможна при обычных условиях?
Реакции с неметаллами
Металлы реагируют с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими неметаллами. Обычно образуются бинарные соединения: оксиды, сульфиды, хлориды и другие соли. Эти реакции часто являются реакциями соединения, если из двух веществ образуется один продукт.
Магний горит в кислороде ослепительно белым пламенем, образуя оксид магния. Железо при нагревании реагирует с серой:
С активными галогенами металлы образуют галогениды. Например, натрий реагирует с хлором:
В продукте реакции металл обычно имеет положительную степень окисления, а неметалл — отрицательную. Для составления формулы соединения используют значения валентностей или степеней окисления и правило их взаимного уравнивания.
Определим, произойдёт ли реакция между алюминием и раствором сульфата меди(II), и запишем уравнение.
Показать Шешім 4 қадам
В реальном опыте алюминий может не реагировать сразу из-за оксидной плёнки. В учебном уравнении обычно рассматривают очищенный алюминий или условие, при котором плёнка разрушена.
1) Определите тип реакции. 2) Найдите металлы в ряду активности. 3) Проверьте, возможна ли реакция. 4) Составьте формулы продуктов. 5) Расставьте коэффициенты и укажите условия или признаки реакции.
Как распознавать реакции и не ошибаться
Признаками реакции металла могут быть выделение газа, появление осадка или металлического налёта, изменение цвета раствора, растворение металла, выделение тепла или света. Однако отсутствие заметных признаков не всегда означает отсутствие реакции: некоторые процессы идут медленно или скрыты защитной плёнкой.
Не путайте активность металла с его массой или блеском. Не забывайте коэффициент 2 перед молекулой водорода, если он нужен для баланса. При реакции с солью проверяйте не только ряд активности, но и то, что речь идёт именно о растворе и обычных условиях.
Проверь себя
Главное
- Активность металла определяют по ряду активности; чем левее металл, тем легче он отдаёт электроны.
- Активные металлы реагируют с водой с образованием оснований или оксидов и водорода.
- Металлы до водорода вытесняют водород из разбавленных неокисляющих кислот.
- Более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли.
- С неметаллами металлы образуют оксиды, сульфиды, галогениды и другие соединения; уравнения нужно балансировать.