12. Почему сульфиды никеля (II) и кобальта (II) нерастворимы в разбавленной соляной кислоте, но растворяются при нагревании в азотной? Напишите уравнения протекающих реакций.

Ответ:

Сульфиды никеля (II) и кобальта (II) нерастворимы в холодной разбавленной соляной кислоте, но растворяются при нагревании в азотной, так как в азотной кислоте они окисляются с образованием соответствующих сульфидов:

CoS + 8HNO₃ (конц., гор.) = CoSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

N⁵⁺ + 1e = N⁴⁺ | 8 | - окислитель (процесс восстановления) S^2- − 8e = S⁶⁺ | 1 | - восстановитель (процесс окисления)

NiS +HNO₃ (конц., гор.) = NiSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

N⁵⁺ + 1e = N⁴⁺ | 8 | - окислитель (процесс восстановления) S^2- − 8e = S⁶⁺ | 1 | - восстановитель (процесс окисления)

13. Охарактеризуйте химические свойства щелочных металлов и их важнейших соединений. Как их получают в промышленности? Где они применяются?

Ответ:

Щелочные металлы — это элементы 1-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы I группы): литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr, и унуненний Uue. При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щёлочами.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Все щелочные металлы чрезвычайно активны, во всех химических реакциях проявляют восстановительные свойства, отдают свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный катион: M⁰ – е = M⁺.

В качестве окислителей могут выступать простые вещества – неметаллы, оксиды, кислоты, соли, органические вещества.

1. Взаимодействие с неметаллами. Щелочные металлы легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

- оксид образует только литий: 4Li + O₂ = 2Li₂O,

- натрий образует пероксид: 2Na + O₂ = Na₂O₂,

- калий, рубидий и цезий – надпероксид: K + O₂ = KO₂.

С галогенами все щелочные металлы образуют галогениды: 2Na + Cl₂ = 2NaCl.

Взаимодействие с водородом, серой, фосфором, углеродом, кремнием протекает при нагревании:

- с водородом образуются гидриды: 2Na + H₂ = 2NaH,

- с серой – сульфиды: 2K + S = K₂S,

- с фосфором – фосфиды: 3K + P = K₃P,

- с кремнием – силициды: 4Cs + Si = Cs₄Si,

- с углеродом карбиды образуют литий и натрий: 2Li + 2C = Li₂C₂,

калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом.

С азотом легко реагирует только литий, реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития: 6Li + N₂ = 2Li₃N.

2. Взаимодействие с водой. Все щелочные металлы реагируют с водой, литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом: 2M + 2H₂O = 2MOH + H₂.

3. Взаимодействие с кислотами. Щелочные металлы способны реагировать с разбавленными кислотами с выделением водорода, однако реакция будет протекать неоднозначно, поскольку металл будет реагировать и с водой, а затем образующаяся щелочь будет нейтрализоваться кислотой.

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Взаимодействие щелочных металлов с кислотами практически всегда сопровождается взрывом, и такие реакции на практике не проводятся.

4. Взаимодействие с аммиаком. Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия: 2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂.

5. Взаимодействие с органическими веществами. Щелочные металлы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂; 2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂;

также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

6. Восстановление металлов из оксидов и солей. Менее активные металлы могут быть получены восстановлением щелочными металлами: 3Na + AlCl₃ = Al + 3NaCl.

ПОЛУЧЕНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы:

2LiCl = 2Li + Cl₂

катод: Li⁺ + e → Li

анод: 2Cl⁻ — 2e → Cl₂

2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:

4NaOH = 4Na + 2H₂O + O₂

катод: Na⁺ + e → Na

анод: 4OH⁻ — 4e → 2H₂O + O₂

3. Щелочной металл может быть восстановлен из соответствующего хлорида или бромида кальцием, магнием, кремнием и др. восстановителями при нагревании под вакуумом до 600-900 °C: 2MCl + Ca = 2M + CaCl₂.

Чтобы реакция пошла в нужную сторону, образующийся свободный щелочной металл (M) должен удаляться путём отгонки. Аналогично возможно восстановлениецирконием из хромата. Известен способ получения натрия восстановлением из карбоната углём при 1000 °C в присутствии известняка.