- •О.Б.Чалова, а.М. Сыркнн Химические свойства металлов
- •Рецензенты
- •Введение
- •1. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.1. Периодические свойства атомов и ионов
- •1.2. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.3. Классификация простых веществ по составу
- •Неметалл
- •2. Металлическая химическая связь. Металлические структуры
- •2.1. Упрощенная модель металлической химической связи
- •2.2. Резонанс ковалентных связей в металлах.
- •2.3. Зонная теория проводимости. Зонные структуры в металлах
- •2.4. Металлические структуры
- •2.5. Поликристаллическая структура металлов
- •2.6. Сплавы и интерметаллические соединения металлов
- •2.6.2. Интерметаллические соединения.
- •3. Физические свойства металлов
- •3.2. Поляризуемость.
- •3.3. Температура плавления, температура кипения металлов.
- •3.4. Электропроводность.
- •3.5. Теплопроводность.
- •3.6. Магнитные свойства.
- •3.7. Механические свойства.
- •3.8. Сверхпроводимость.
- •3.9. Контактные потенциалы
- •3.10. Работа выхода электрона.
- •4. Химические свойства металлов
- •4.1. Общие тенденции изменения химической активности металлов.
- •4.2. Взаимодействие металлов с неметаллами
- •4.2.1. Общие тенденции изменения окислительной способности неметаллов
- •4.2.2. Взаимодействие металлов с галогенами
- •4.2.3. Взаимодействие металлов с кислородом
- •4.2.4. Взаимодействие металлов с халькогенами
- •4.2.5. Взаимодействие металлов с азотом и фосфором
- •4.2.6. Взаимодействие металлов с углеродом, кремнием, водородом
- •5. Взаимодействие металлов с водными растворами окислителей
- •5.1. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов
- •5.2. Взаимодействие металлов с водой
- •5.3. Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей
- •5.4. Взаимодействие металлов с растворами кислот, окисляющими
- •5.5. Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой
- •5.6. Взаимодействие металлов с азотной кислотой
- •5.7. Взаимодействие металлов с «царской водкой» и другими смесями
- •5.8. Взаимодействие металлов с растворами солей
- •5.8.1. Окисление катионом неактивного металла в растворах солей.
- •5.8.2. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по катиону
- •5.8.3. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по аниону
- •5.8.4. Окисление металла растворенным кислородом.
- •5.8.5. Окисление металла в растворах, содержащих анионы – лиганды.
- •5.8.6. Взаимодействие металлов с растворами аммиака
- •6. Экспериментальная часть
- •6.1. Общие рекомендации для подготовки к лабораторным занятиям
- •Лабораторная работа №_____ Тема:________________________________________________
- •6.2. Основные правила безопасной работы в химической лаборатории
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Учебное издание
- •Химические свойства металлов Редактор л.А.Маркешина
- •Тираж 600 экз. Заказ .
- •450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1
5.8. Взаимодействие металлов с растворами солей
Взаимодействие металлов с растворами солей может протекать по разному типу в зависимости от свойств металла и растворенных солей.
5.8.1. Окисление катионом неактивного металла в растворах солей.
Активный металл вытесняет из раствора соли менее активный металл, стоящий правее в ряду стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.
Me(1) + Me(2)n+ → Me(1)n+ + Me(2)
активный неактивный
вос-тель окис-тель металл
Реакции этого типа термодинамически возможны, если выполняется условие: ЭДС = (2 - 1) > 0 или 2 > 1
Например:
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
ЭДС = (0,34 + 0,76) = 1,1 В > 0
Кроме того выделяющийся металл должен быть термодинамически устойчив в водной среде.
В данной реакции, помимо окисления и перехода активного, левее стоящего в ряду электродных потенциалов, металла в раствор в виде соли, происходит восстановление, то есть выделение в свободном виде неактивного металла. Однако последнее явление не всегда наблюдается в подобных реакциях. Так, цинк при взаимодействии с раствором соли сульфата железа(II) переходит в раствор, но железо в свободном виде не образуется, хотя реакция характеризуется положительным значением ЭДС.
Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe
ЭДС = -0,44-(-0,76) = 0,32 В > 0
Кажущиеся отклонения от ряда электродных потенциалов в этих реакциях объясняются влиянием кинетического фактора.
Выделившиеся первоначально атомы металла (железа) быстро окисляются ионами H+, образующимися в растворе вследствие гидролиза соли, а также кислородом воздуха, всегда находящимся в жидкости. При этом образуются основные соли и гидроксиды. На скорость взаимодействия металлов с растворами солей влияет, помимо разности электродных потенциалов, также температура.
4Fe + 4H2SO4 + 3O2 → 4FeOHSO4 + 2H2O
5.8.2. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по катиону
В растворах солей, подвергающихся гидролизу по катиону, ионом H+ окисляются металлы, стоящие в ряду стандартных окислительно-восстановительных потенциалов левее водорода.
Менее активный металл, стоящий правее в ряду электродных потенциалов, может взаимодействовать с раствором соли более активного, левее стоящего в ряду металла. Это объясняется гидролизом соли. Так, Fe растворяется в растворе ZnС12, хотя цинк активнее железа и по этой причине Zn2+ не может окислить Fe.
Fe + ZnCl2 →
ЭДС = (-0,76 + 0,44) = -0,32 В < 0
Раствор хлористого цинка обладает кислотными свойствами вследствие гидролиза по катиону соли:
ZnCl2 + H2O → ZnOHCl + HCl
Активный металл окисляется образовавшейся кислотой:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
5.8.3. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по аниону
В растворах солей, подвергающихся гидролизу по аниону, окисляются «амфотерные» металлы.
Например, алюминий растворяется в растворе карбоната натрия, так как этот раствор обладает вследствие гидролиза по аниону щелочными свойствами:
Na2CO3 + H2O → NaHCO3 + NaOH
CO32- + H2O → HCO3- + OH-
В щелочном растворе алюминий окисляется с образованием гидроксокомплекса и водорода:
2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Вследствие того, что концентрация кислоты или щелочи в растворе соли является незначительной, взаимодействие металла с таким раствором протекает сравнительно медленно. Повышение температуры увеличивает степень гидролиза и ускоряет растворение металла.