
- •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
З активними металами р-метали при сплавленні утворюють бінарні сполуки постійного складу, в яких роль р-метал проявляє відповідний групі негативний ступінь окиснення:
3Mg + 2As = Mg3As2 (арсенід магнію) 2Mg + Ge =Mg2Ge (германід магнію)
3Mg + 2Sb = Mg3Sb2 (антимонід магнію) 2Mg + Sn = Mg2Sn (станід магнію)
3Mg + 2Bi = Mg3Bi2 (арсенід магнію) 2Mg + Pb = Mg2Pb (плюмбід магнію)
Одержання. s –метали – найсильніші відновники з відомих речовин, тому в основному їх одержують відновленням з допомогою електричного струму – електролізом.
Натрій:
а) електроліз розплаву NaCl
2Na++2Cl–
2Na+Cl2
б) відновленням соди вугіллям: Na2CO3+2C = 2Na+3CO
Калій: а) заміщенням його натрієм з розплаву хлориду калію: KCl+Na= K+NaCl
б) електролізом розплавів хлориду
Літій: а) електролізом розплаву хлориду
Рубідій, цезій: відновленням їх галогенідів в вакуумі: 2RbCl+Ca = 2Rb+CaCl2
2CsCl+Ca = 2Cs+CaCl2
Метали
ІІ групи: електролізом розплавів їх
солей або термічним відновленням їх
сполук активнішими металами чи вуглецем:
BaO+Ca
CaO+Ba; BeCl2+Mg
MgCl2+Be;
3CaO+2Al 3Ca+Al2O3; MgO+C MgO+CO
Алюміній не може бути виділений з водних розчинів, оскільки він є дуже активним металом. Його одержують електролізом розплаву, що містить Al2O3 i Na3[AlF6]
4Al3++4AlO33– 4Al+2Al2O3+3O2
Талій, галій та індій добувають електролізом
Арсен, стибій та бісмут добувають, відновлюючи їх оксиди вуглецем:
As2O3 + 3C = 2As + 3CO.
Германій одержують, обробляючи його диоксид соляною кислотою з подальшим відновленням утвореного хлориду:
GeO2 + 4HCl = GeCl4 + 2H2O,
GeCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ge.
Олово, свинець, арсен, стибій, бісмут добувають, відновлюючи їх оксиди вуглецем. Оксиди, як правило, одержують, випалюючи їх сульфіди.
2As2S3+9O2 = 2As2O3+6SO2
As2O3+3C = 2As+3CO
Сполуки елементів
s-метали в сполуках проявляють
ступені окиснення +1 (лужні метали) та
+2 (лужно-земельні метали). Для алюмінію,
галію, індію характерні сполуки з
ступенем окиснення +3, а талію – +1;
германію, стануму – +4, а плюмбуму – +2;
арсену, стибію – +5, а бісмуту – +3.
Оксиди
Хімічні властивості: Оксиди s-металів є типовими основними оксидами, реакційна здатність і основні властивості яких підсилюються в групах із збільшенням порядкового номеру (тільки оксид берилію проявляє амфотерні властивості). Так, оксиди взаємодіють:
з водою з утворенням лугів Na2O+H2O = 2NaOH,
СаО+H2O = Сa(OH)2 (окрім ВеО та MgO)
з кислотними оксидами (з леткими та твердими при сплавленні)
Na2O+CO2= Na2CO3,
CaO + CO2 = CaCO3
з кислотами з утворенням солей та води: Na2O+H2SO4= Na2SO4+H2O
MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O.
Для вищих оксидів р-металів спостерігається значне послаблення основних властивостей і посилення кислотних, що видно з таблиці зміни властивостей вищих оксидів (гідроксидів) елементів по групам і періодам:
Номер періоду |
Номер групи |
|||||||
І |
ІІ |
|
ІІІ |
ІV |
V |
|||
|
Основні |
амфотерні |
|
кислотні |
||||
2 |
Li2O |
BeO |
|
B2O3 |
CO2 |
N2O5 |
||
3 |
Na2O |
MgO |
|
Al2O3 |
SiO2 |
Р2O5 |
||
4 |
K2O |
CaO |
|
Ga2O3 |
GeO2 |
As2O5 |
||
5 |
Rb2O |
SrO |
|
In2O3 |
SnO2 |
[Sb2O5]нестійкий |
||
6 |
Cs2O |
BaO |
|
Tl2O3 |
[PbO2]нестійкий |
[Ві2О5]не виділ |
З таблиці видно, що деякі оксиди s- та р-металів з ступінню окиснення металу +2 (ВеО) та з ступінню окиснення металу +3 (Al2O3, Ga2O3, In2O3) проявляють амфотерні властивості, а це означає, що вони проявляють властивості і кислот (взаємодіють з основними оксидами та основами), і основ (взаємодіють з кислотними оксидами та кислотами). Ці взаємодії в загальному вигляді можна представити наступним чином:
Взаємодія |
МеО |
Ме2О3 |
З кислотами |
МеO+2HCl = МеCl2+H2O МeO+H2SO4 = МeSO4+H2O |
Ме2O3+6HCl = 2МеCl3+3H2O Ме2O3+3H2SO4 = Ме2(SO4)3+3H2O |
З розчинами лугів |
МeO+2KOH+H2O = К2[Мe(OH)4] МeO+Ва(OH)2+H2O = Ва[Мe(OH)4] |
Ме2O3+2KOH+3H2O = 2K[Ме(OH)4] Ме2O3+Ва(OH)2+3H2O = Ва[Ме(OH)4]2 |
З лугами при сплавленні |
МeO+2NaOH Na2МeO2+H2O |
Мe2O3+2NaOH 2NaМeO2+H2O |
З основними оксидами |
МeO+Na2O Na2МeO2 |
Мe2O3+Na2O 2NaМeO2 |
Оскільки р-метали можуть виявляти різні ступені окиснення в сполуках, то існують оксиди одного й того ж металу з різними ступенями окиснення, причому оксиди елементів в нижчих ступенях окиснення є більш стійкими. Так, із вищих оксидів V групи складу Ме2О5 (с.о. металу +5) одержані тільки As2O5 та Sb2O5 (нестійкий), але існують всі нижчі оксиди складу Ме2О3 (с.о. металу +3): As2O3 (кислотний оксид), Sb2O3 (амфотерний оксид), Ві2О5 (основний оксид); поряд з вищими оксидами ІV групи складу МеО2 (с.о. металу +4), відомі і нижчі оксиди складу МеО (с.о. металу +2): GeO (амфотерний оксид з переважно кислотним характером), SnO (амфотерний оксид), PbО (амфотерний оксид з переважно основним характером); для елементів ІІІ групи відомий тільки один нижчий оксид (с.о.+1) – Tl2O (основний оксид). Очевидно, що в ряду однотипних сполук (наприклад, As2O3–Sb2O3–Ві2О5) кислотні ознаки слабшають і наростають основні.
Необхідно відмітити, що в цілому стійкість сполук з максимальним ступенем окиснення елементу зменшується при переході в групі зверху вниз.
Всі оксиди р-металів – тверді речовини. Деякі хімічні властивості оксидів наведені в таблиці:
№ групи |
Нижчі оксиди |
Вищі оксиди |
ІІІ |
– |
Al2O3+6HCl = 2AlCl3+3H2O Al2O3+2KOH+3H2O = 2K[Al(OH)4] Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O Al2O3+Na2O 2NaAlO2 |
|
– |
Аналогічні властивості має Ga2O3, In2O3 |
|
Tl2O+H2O = 2TlОН Tl2O+2HCl = 2TlCl |
Tl2O3+6HCl = 2TlCl3+3H2O
Tl2O3 |
IV |
GeO+2NaOH+H2O = Na2[Ge(OH)4] GeO+2HCl = GeCl2+H2O |
GeO2+2NaOHконц. Na2GeO3+H2O |
|
SnO+2NaOH+H2O = Na2[Sn(OH)4] SnO+2HCl = SnCl2+H2O |
SnO2+2H2SO4конц. Sn(SO4)2+2H2O SnO2+2NaOH Na2SnO3+H2O |
|
PbO+2NaOH+H2O = Na2[Pb(OH)4] PbO+2HCl = PbCl2+H2O |
2CaO+PbO2 Ca2PbO4 2PbO+PbO2 Pb2PbO4 |
V |
As2O3+3H2O = 2H3AsO3 As2O3+2NaOH+3H2O = 2Na[As(OH)4] As2O3+8HCl = 2HAsCl4+3H2O As2O3+4HNO3+7H2O = 6H3AsO4 |
As2O5+3H2O = 2H3AsO4 As2O5+6NaOH = 2Na3AsO4+3H2O 2As2O5 2As2O3 + O2 |
|
Sb2О5 в воді не розчиняється Sb2O3+2NaOH+3H2O = 2Na[Sb(OH)4] Sb2O3+8HCl = 2HSbCl4+3H2O |
Sb2O5+3H2O = 2H3SbO4 розчин. мало Sb2O5+2NaOH+5H2O = 2Na[Sb(OH)6] Sb2O5+2NaOH 2NaSbO3+Н2О 2Sb2O5 2Sb2O3 + O2 |
|
Ві2О5 в воді не розчиняється Ві2О5 з розчинами лугів не взаємодіє Ві2О5+6HCl = 2BiCl3+3H2O |
– |
Для елементів, що мають оксиди з різними ступенями окиснення, характерні так звані змішані оксиди. Наприклад, оксиди складу Pb3O4 2PbOPbO2; Pb2O3 PbO·PbO2. Тому розклад PbO2 при нагріванні може відбуватися по-різному:
4PbO2 2Pb2O3 + O2
3PbO2 Pb3O4 + O2
Аналогічним чином відбувається і розклад Sb2O5;
2Sb2O5 Sb2O4 + O2 (Sb2O4 Sb2O3·Sb2O5).
Лужні метали утворюють і сполуки, в яких є хімічні звязки –О–О– пероксиди складу Ме2О2 та надпероксиди МеО2. Схильність до утворення таких сполук і їх стійкість зростають від Li до Cs. Властивості пероксидів:
руйнуються водою: 2Na2O2+2H2O = 4NaOH+O2,
взаємодіють з оксидами неметалів: Na2O2 + CO = Na2CO3,
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2,
та з кислотами: Na2O2+2H2SO4= 2NaНSO4+H2O2.
Відомий і пероксид барію ВаО2, що проявляє властивості солі пероксиду водню: реагує водою BaO2 + 2H2O = Вa(OH)2 + H2O2, та з кислотами BaO2 + H2SO4 = H2O2 + BaSO4.
Одержання: З лужних металів прямою взаємодією металу з киснем одержують тільки оксид літію, інші – непрямим шляхом, наприклад Na2O2+2Na = 2Na2O або 2NaOH+2Na = 2Na2O+H2.
Оксид алюмінію – спалюванням металу чи термічним розкладом гідроксиду.
Оксиди As2O3, Sb2O3, Ві2О5 одержують прямою взаємодією простих речовин, Sb2O3 також взаємодією Sb з розбавленою HNO3, а Ві2О5 – термічним розкладом Bi(NO3)3.