
- •Методичні розробки
- •Частина 2
- •Ужгород – 2005
- •Передмова
- •Класифікація хімічних елементів
- •Електронні структури атомів
- •Електронегативність атомів неметалів
- •Явище алотропії
- •Будова простих речовин
- •Хімічні властивості простих речовин
- •Одержання неметалів
- •Огляд елементів
- •Водневі сполуки неметалів
- •Властивості оксидів неметалів
- •Одержання оксидів
- •Кислоти
- •Класифікація кислот
- •Фізичні властивості кислот
- •Номенклатура кислот
- •Хімічні властивості кислот
- •Одержання кислот
- •Використання кислот
- •Важливіші солі кислот
- •Лабораторна робота
- •Загальні властивості металів
- •Елементи-метали в періодичній системі
- •Металічний зв'язок
- •Кристалічна структура металів
- •Фізичні властивості металів
- •Хімічні властивості металів
- •2. Взаємодія з кислотами
- •Знаходження в природі
- •Загальні принципи промислового одержання металів
- •Термічний аналіз
- •Загальні властивості сполук металів
- •Оксиди металів
- •Гідроксиди металів
- •Загальна характеристика
- •Поширення у природі
- •Прості речовини
- •З активними металами р-метали при сплавленні утворюють бінарні сполуки постійного складу, в яких роль р-метал проявляє відповідний групі негативний ступінь окиснення:
- •Сполуки елементів
- •Гідроксиди
- •Якісні реакції на елементи
- •Використання
- •Твердість води та її усунення
- •Усунення постійної твердості води:
- •Лабораторні роботи:
- •Елементи і в підгрупи Властивості елементів та їх простих речовин:
- •Одержання:
- •Елементи іі в підгрупи Властивості елементів та їх простих речовин:
- •1. Взаємодія з неметалами
- •Одержання металів. Цинк та кадмій добувають відновленням їх оксидів вуглецем:
- •Елементи ііі b підгрупи
- •Елементи іv в підгрупи
- •Метали. Титан, цирконій та гафній – сріблясті тугоплавкі метали, на поверхні яких утворюється щільна оксидна плівка, яка захищає їх від окиснення.
- •Елементи V в підгрупи
- •Елементи VI в підгрупи Властивості елементів та простих речовин
- •Елементи viі в підгрупи Властивості елементів та простих речовин
- •Сполуки Mn(II).
- •Елементи VIII в підгрупи Властивості елементів підгрупи заліза
- •Гідроксиди металів(II) утворюються при дії розчинів лугів на солі металів(II) без доступу повітря:
- •Якісні реакції на іони:
- •При зневодненні кристалогідрату хлориду міді() із 2,046 г кристалогідрату одержано 1,614 г безводного хлориду міді(). Визначити число молекул води в кристалогідраті.
- •Література для самостійної роботи студентів
Гідроксиди металів
Склад гідроксидів
металів – сполук, в молекулах яких
атоми металів з’єднані з гідроксогрупами
(ОН) – можна виразити загальною формулою
Ме(ОН)n,
де n
– ступінь окиснення металу. Гідроксиди
типових металів проявляють властивості
основ. По мірі зменшення активності
металів властивості їх гідроксидів
змінюються від типово основних до
амфотерних, а в разі ступеня окиснення
металу ≥4 – і до кислотних. Зміну складу
і характеру гідроксидів металів можна
прослідкувати на прикладі елементів
4 періоду:
Характер гідроксиду |
Група |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
основний |
KOH |
Ca(OH)2 |
Sc(OH)3 |
Ti(OH)4 |
|
|
|
амфотерний |
|
|
|
Ti(OH)2O |
V(OH)O2 |
|
|
кислотний |
|
|
|
|
HVO3 |
H2CrO4 |
HMnO4 |
Відповідна зміна властивостей гідроксидів спостерігається і при розгляді гідроксидів одного і того ж металу в різних ступенях окиснення:
Характер гідроксиду |
Ступінь окиснення металу |
|||||
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
основний |
Mn(OH)2 |
Mn(OH)3 |
Mn(OH)4 |
|
|
|
амфотерний |
|
|
Mn(OH)2O |
Mn(OH)3O |
|
|
кислотний |
|
|
|
H3MnO4 |
H2MnO4 |
HMnO4 |
Основи є твердими речовинами. Розчинними у воді є тільки гідроксиди лужних і лужноземельних металів, що мають і відповідну групову назву – луги. Луги – іонні сполуки; у вузлах кристалічних граток твердих лугів знаходяться іони металів і гідроксид-іони. В інших основах хімічний зв'язок має іонно-ковалентний характер. Хімічні властивості лугів дещо відмінні від властивостей нерозчинних у воді основ.
Загальні хімічні властивості гідроксидів металів:
В водних розчинах чи розплавах дисоціюють з утворенням гідроксид-іонів та іонів металу, наприклад:
NaOH Na++OH–
Ca(OH)2Ca2++2OH–
Взаємодіють з кислотними та амфотерними оксидами з утворенням солі і води, наприклад:
Ca(OH)2+СO2 CaСO3+H2O
2NaOH+N2O5 2NaNO3+H2O
2NaOH+ZnO Na2ZnO2+H2O
2NaOH+Cr2O3 2NaCrO2+H2O
Реакції між твердими речовинами відбуваються під час сплавлення.
З амфотерними оксидами взаємодіють тільки гідроксиди лужних і лужноземельних металів.
Взаємодіють з кислотами та амфотерними гідроксидами з утворенням солі і води, наприклад:
NaOH+HCl NaCl+H2O
2NaOH+H2SO4 Na2SO4+2H2O
3NaOH+H3PO4 Na3PO4+3H2O
Cu(OH)2+H2SO4 CuSO4+H2O
NaOH+Al(OH)3 NaAlO2+2H2O
2NaOH+Zn(OH)2 Na2ZnO2+2H2O
Реакції між твердими речовинами відбуваються під час сплавлення.
З амфотерними гідроксидами взаємодіють тільки гідрооксиди лужних і лужноземельних металів.
Амфотерні гідроксиди вступають у взаємодію і з водними розчинами лугів з утворенням відповідної солі, наприклад:
Zn(OH)2+2NaOH Na2[Zn(OH)4]
Al(OH)3+NaOHNa[Al(OH)4]
В водних розчинах луги вступають в реакцію обмінної взаємодії з солями, якщо в результаті реакції утворюється нерозчинна основа, наприклад:
2NaOH+CuCl2 Cu(OH)2+2NaCl
6NaOH+Fe2(SO4)3 Fe(OH)3+Na2SO4
Гідроксиди металів при нагріванні розкладаються з утворенням відповідного оксиду та води, наприклад:
Cu(OH)2 СuО+Н2О
2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
Гідроксиди лужних металів не розкладаються
Загальні способи одержання:
а) лугів:
взаємодія оксидів з водою
взаємодія металів з водою
б) нерозчинних у воді основ:
в реакціях обміну солей металів з лугами
Тестові завдання:
Класифікація хімічних елементів на метали і неметали та їх положення в періодичній системі. Відносність цього поділу.
Валентність і ступені окиснення металів.
Металевий зв’язок. Механізм його виникнення.
Фізичні властивості металів.
Проаналізуйте величини перших потенціалів іонізації для металевих і неметалевих елементів.
Зонна теорія будови металів, діелектриків та напівпровідників.
Метали у природі. Класифікація руд за хімічним складом.
Добування металів
а пірометалургія
б гідрометалургія
в електрометалургія.
Навести приклади хімічних реакцій цих процесів.
Ряд напруг металів і хімічні властивості металів в залежності від положення в цьому ряді.
Взаємодія металів з простими речовинами гідриди, оксиди, галогеніди, сульфіди, нітриди, фосфіди, карбіди.
Добування та хімічні властивості оксидів металів.
Взаємодія металів з водою.
Взаємодія металів з кислотами-неокисниками.
Взаємодія металів з кислотами-окисниками.
Взаємодія металів з лугами.
Взаємодія металів з солями.
Природа гідроксидів металів, їх добування та властивості.
Основи фізико-хімічного аналізу.
Діаграми склад–температура плавлення
а евтектичного типу
б з утворенням інтерметалічних сполук
в з утворенням неперервних рядів твердих розчинів.
Точки евтектики, дистектики, лінії ліквідуса і солідуса на діаграмі стану.
Корозія металів. Види корозії.
Механізм хімічної та електрохімічної корозії.
Методи захисту металів від корозії.
Які з перерахованих металів витісняють водень з кислот Al, Zn, Fe, Cu, Ag, Au. Напишіть відповідні рівняння реакцій.
Запишіть рівняння реакції
Zn + HNO3 = N2 + … .
Cu+HNO3(p)=
Zn + KOH + H2O =
Al2O3 + NaOH + H2O =
MgO + H2SO4 =
Na + HNO3 =
Ca + H2O =
Fe + H2SO4(p) =
Zn + H2SO4 =
Na + Fe2(SO4)3 + H2O =
Au + HCl + HNO3 =
Be + NaOH + H2O =
Ca(OH)2 + CO2(надлишок) =
Na2O2 + KMnO4 + H2SO4 =
BaO2 + KI + HCl =
K + H2O =
Na2CO3 + Ca(OH)2 =
NH4HCO3 + NaCl =
K2CO3 + H2O(гідроліз) =
Cu(NO3)2 =
Cr2O3 + Al =
NO2+H2 =
Опишіть процес корозії лужного заліза у вигляді порушення цілісності покриття
1 в кислому середовищі
2 в середовищі вологого повітря O2+H2O.
Як протікає корозія оцинкованого заліза при порушенні цілісності покриття. Напишіть відповідні рівняння реакцій та схему гальванічного елемента.
Залізо покрито тонким шаром хрому. Який з металів буде передувати у вихідному порушенні цілісності покриття в середовищі вологого повітря? Складіть схему гальванічного елемента.
Розрахункові задачі:
В розчин, що містить 20 г ZnSO4 і 20 г CuSO4 опустили залізну пластинку вагою 5 г. Який метал і в якій кількості витісниться залізом?
Скільки літрів повітря при н.у. необхідно для спалювання 292 г ZnS?
Визначити в масових частках склад латуні сплав міді з цинком, якщо відомо, що при взаємодії цього сплаву з соляною кислотою виділився водень об’ємом 0,561 л, а на хлорування такої ж наважки сплаву потрібно 1,035 л хлору.
Силумін, сплав Al з Si, масою 6 г розчинили в розчині лугу. При цьому виділився газ об’ємом 8186 мл, виміряний при температурі 18 оС і тиску 1,01·105 Па. Визначити масові частки компонентів у суміші.
Визначити масу технічного заліза, що містить 12 домішок, яка потрібна для витіснення з розчину нітрату свинцюІІ метал масою 5,5 г.
Розрахуйте масу розплаву, що складається з хлоридів берилію і натрію, сплавлених в масовому співвідношенні 11, необхідну для одержання берилію масою 1 кг. Визначити час роботи електролізера при силі струму 3500 А.
Яку масу заліза можна одержати з руди масою 1 т, що містить 20 % пустої породи і мінерал магнетит (Fe3O4)?
Яку масу Fe2O3 і SO2 можна одержати з 1,5 т руди, що містить 90 % FeS2?
Визначте масу металічного натрію, яку можна одержати електролізом розплаву NaOH за 1 год. 20 хв. при силі струму 2500 А.
Лабораторна робота:
Дослiд 1. Визначення Купруму в сплавi.
На добре очищену поверхню сплаву, що мiстить мідь, нанести 1-2 краплi концентрованої азотної кислоти. Через 1 хв. прикладiть до краплi фiльтрувальний папiр, попередньо змочений концентрованим аміаком.
Дослiд 2. Визначення Стануму та Плюмбуму в сплавi.
Для визначення олова на поверхню сплаву нанести 1-2 краплi концентрованої азотної кислоти i спостерiгати безпосередньо на поверхнi сплаву утворення бiлого осаду метастанатної кислоти H2SnO3. Напишiть рiвняння розчинення стануму в концентрованiй HNO3. Для визначення плюмбуму на поверхню сплаву нанести 1-2 краплi концентрованої азотної кислоти, через 5 хв. краплю мiкропiпеткою перенести в мiкропробiрку, долити 2-3 краплi розчину ацетату натрiю i 1-2 краплi розчину йодиду калiю. Поява жовтого осаду вказує на наявнiсть плюмбуму. Напишiть рiвняння реакцiй, що вiдбуваються.
Дослiд 3. Визначення Феруму в сплавах.
На чисту поверхню сплаву, що мiстить залізо, нанесiть 1-2 краплi концентрованої азотної кислоти. Через 2-3 хвилини прикладiть до краплi фiльтрувальний папiр, попередньо змочений роданiдом калiю або розчином жовтої кров’яної солi K4[Fe(CN)6]. Напишiть рiвняння реакцiй, що вiдбуваються.
Дослiд 4. Визначення алюмiнiю в сплавах.
На очищену поверхню сплаву нанести 1-2 краплi 25%-ного розчину гiдроксиду натрiю. Через 2-3 хв. .спостерiгається скипання рiдини i видiлення бульбашок газу. Пояснiть явище, що спостерiгається.
Дослiд 5. Визначення магнiю в сплавах.
На поверхню зразка нанести 1-2 краплi 3%-ного розчину сульфату феруму(III). У випадку наявностi в сплавi магнiю через 2-3 хв. з’являється жовто-бурий осад основної солi феруму: Mg+Fe2(SO4)3+2H2O = MgSO4+2Fe(OH)SO4+H2
Дослiд 6. Визначення нiкелю у сталi.
На очищену поверхню сталi нанести краплю азотної кислоти густиною 1,2 г/мл. Через хвилину краплю зняти фiльтрувальним папером i на вологу пляму нанести краплю реактиву Чугаєва (амiачний розчин диметиглiоксиму). В присутностi нiкелю пляма забарвлюється в червоно-рожевий колiр.
Дослiд 7. Визначення температури плавлення сплаву.
На основi температури плавлення сплаву, по вигляду дiаграми плавкостi Cd–Bi визначити склад сплаву.
Метали ГОЛОВНИХ ПІДГРУП
Програмні вимоги до теми:
Розташування s- та p-елементів в періодичній системі. Будова та валентні можливості атомів. Зміна металічних (відновних) властивостей елементів в періодах, групах. Порівняльна характеристика елементів.
Знаходження елементів в природі.
Метали: фізичні та хімічні властивості, одержання, застосування. Розташування металів в ряду напруг. Сплави. Оксиди та гідроксиди елементів: кислотно-основний характер, властивості, одержання, застосування.
Солі. Гідроліз солей. Якісне визначення елементів в сполуках. Практичне застосування сполук. Твердість води.
Токсичність речовин, техніка безпеки при роботі з особливо отруйними речовинами.
Короткий виклад теоретичних питань: