II. Реакции с кислотами

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg + 2HCl MgCl₂ + H₂ 2Al+ 6HCl 2AlCl₃ + 3H₂ 6Na + 2H3PO4 2Na₃PO₄ + 3H₂

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: "окислительно-восстановительные реакции", "серная кислота", "азотная кислота". III. Взаимодействие с водой

Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na⁰ + 2H₂O 2NaOH + H₂ Ca⁰ + 2H₂O Ca(OH)₂ + H₂

Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn⁰ + H₂O    ZnO + H2

Неактивные (Au, Ag, Pt) - не реагируют.

Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Fe+ CuSO₄ Cu + FeSO₄

43 Билет.

Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.

С усилением металлических свойств соответствующих химических элементов усиливаются и основные свойства их оксидов и гидроксидов. Для s- и р-элементов по периоду слева направо они изменяются от ярко выраженных основных свойств у соединений щелочных и щелочноземельных металлов до амфотерных у металлов, стоящих ближе к линии, разделяющей металлы и неметаллы (у алюминия, германия, сурьмы, свинца). Так, например, свежеосажденный гидроксид алюминия легко растворяется в растворах как кислот, так и щелочей:

Аl(ОН)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O; Аl(ОН) ₃ + 3КОН = К₃ [Аl(ОН) ₆].

Амфотерные оксиды и гидроксиды вступают в реакции не только с растворами щелочей, но и с твердыми основаниями при повышенной температуре (при сплавлении). Для проведения такой реакции смесь исходных твердых веществ нагревают до определенной температуры. При этом образуются иные, чем при реакции в водном растворе, продукты реакции. Например, при сплавлении гидроксида хрома(III) с гидроксидом, оксидом или карбонатом калия получается соль метахромовой кислоты НСЮ2 — метахромит калия:

Сr(ОН)₃ + КОН =^t KСrO₂ + 2Н₂О↑; 2Cr(ОН)₃ + К₂O =^t 2КСrO₂ + 3H₂O↑; 2Сr(ОН)₃ + ₂СO₃ =^t 2КСrO₂ + 3H₂O↑ + CO₂↑.

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов активно реагируют с водой с образованием растворимых гидроксидов:

К₂O + Н₂O = 2КОН; ВаО + Н₂O = Ва(ОН)₂.

По группе сверху вниз металлические свойства s- и р-элементов усиливаются, и, соответственно, нарастают основные свойства их оксидов и гидроксидов. Так, например, в группе IIA оксид и гидроксид бериллия проявляют амфотерные свойства — легко растворяются в растворах кислот и щелочей:

ВеО + 2HCI = ВеС1₂ + Н₂O; ВеО + Н₂O + 2NaOH = Na2[Be(OH) ₄].

Соответствующие соединения бария и радия имеют ярко выраженные основные свойства:

ВаО + Н₂O = Ва(ОН)₂; Ва(ОН)₂ + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + 2Н₂O.

Существенное влияние на кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов d-элементов оказывает степень окисления атома металла: с увеличением степени окисления атома металла кислотные свойства соответствующего оксида и гидроксида усиливаются. Например, хром образует оксиды и гидроксиды, в которых атомы хрома проявляют степени окисления +2, +3 и +6:

Кислотно-основные свойства этих оксидов изменяются от основных (у СrО и Сr(ОН)₂) через амфотерные (у Сr₂O₃ и Сr(ОН) ₃) до кислотных (у СrO₃ и Н₂СrO₄). Аналогичная зависимость наблюдается и для других d-металлов.

Получение металлов Для того чтобы изготовить сплав, необходимо в первую очередь получить металл из природной руды. Самородные элементы – это те вещества, которые находятся в природе в свободном состоянии. К ним относится платина, золото, олово, ртуть. Их отделяют от примесей механически или с помощью химических реагентов. Остальные металлы добывают путем обработки их соединений. Они содержатся в различных ископаемых. Руда – это минералы и горные породы, в состав которых входят соединения металлов в виде оксидов, карбонатов или сульфидов. Для их получения используют химическую обработку. Методы получения металлов: • восстановление оксидов углем; • получение олова из оловянного камня; • выплавка чугуна из железной руды; • обжигание сернистых соединений в специальных печах. Для облегчения добывания металлов из рудных пород к ним добавляют различные вещества, называемые флюсами. Они помогают удалять нежелательные примеси, такие как глина, известняк, песок. В результате этого процесса получаются легкоплавкие соединения, называемые шлаками. При наличии значительного количества примесей руду перед выплавкой металла обогащают путем удаления большой части ненужных компонентов. Наиболее широко применяемые способы данной обработки – флотация, магнитный и гравитационный способ. -

Металлы в природе. Общие способы получения металлов

В свободном состоянии в природе встречаются только неактивные металлы. Так в виде самородков встречаются золото и платина, иногда — серебро и медь. Добыча этих металлов связано только с механическим отделением их от примесей. Большинство металлических элементов легко окисляются и существуют в природе только в соединениях: оксидах ( Fe3O4, Cr2O3 ), сульфидах ( FeS2 , ZnS), солях (NaCl, CaCO3 ). Именно из таких природных соединений и добывают металлы путем их химической переработки.

Природные минеральные соединения, из которых экономически целесообразно добывать металл в производственных условиях называют рудами. Важнейшими рудами являются оксиды, сульфиды и карбонаты металлических элементов. Первым этапом переработки руд является удаление пустой породы — обогащение руды. Добыча металлов из руд основан на их восстановлении различными способами.

Важнейший способ получения металлов из руд — восстановление оксидов соответствующих металлических элементов углем (коксом) при нагревании:

SnO2 + C = Sn + CO2 .

Довольно часто оксидные руды восстанавливают карбон (II) оксидом, а иногда — водородом:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

WO3 + 3H2 = W + 3H2O .

Сульфидные руды сначала выжигают, а затем восстанавливают полученный оксид:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

PbO + C = Pb + CO.

Важным методом получения металлов является восстановление менее активных металлов активными металлами и некоторыми неметаллами при нагревании. Восстановление алюминием называют Алюминотермия, восстановления магнием — магниетермиею, кремния — силикотермиею:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3 .

Металлургия и ее виды: пиро-, гидро- и электрометаллургия.

Получением металлов из их соединений занимется важнейшая отрасль промышленности, называемая металлургией –наука о методах и процессах производствах металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов.

Но прежде чем восстановить природное соединение металла необходимо перевести его в форму доступную для обработки. Это может быть обжиг руд для перевода металла в оксид его или растворение нерастворимых соединений: обработка кислотами, содой и др.

В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств.

1) Пирометаллургия — это восстановление металлов из их руд, основанные на химических реакциях, происходящее при высоких температурах. Примеры:

- Обжиг (окисление): 2PbS + ЗО2 = 2РЬО + 3SO2↑

2CuS + 3O₂ = 2CuO +2SO₂

- Плавка (восстановление): РЬО + Н2 = Pb + Н2О

2CuO + C = 2Cu + CO₂

WO3 + ЗН2 = W + ЗН2О

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ +2 Cr Алюминотермия (алюминий в качестве восстановителя) Н.Н.Бекетов.

2) Гидрометаллургия — это методы восстановления металлов из растворов их солей другими более активными металлами:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2О

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Сu

Этим способом получают следующие металлы: Ag, Au, Zn, Zn, Mo.

3. Электрометаллургия — это методы восстановления металлов с помощью электрического тока. Данный метод основан на электролизе растворов или расплавов соединений металлов. Наиболее активные металлы получают электролизом расплавов их соединений: ( англ.химик Гемфри Дэви)

2КСl(расплав) →2K° + Сl₂↑

Таким способом получают активные металлы (ЩМ, ЩЗМ, алюминий).

Значение металлов в природе и жизни организмов.

металлы в организме живых существ оказывают сильное влияние на процессы жизнедеятельности. Самый яркий пример — железо в крови животных, присутствие которого было открыто в XIX в. французом Мери [1, стр. 8]. Народ быстренько подхватил известие, и кто-то даже предложил изготавливать медали из железа крови знаменитых людей для увековечивания их памяти. Естественно, железо в крови содержится не в таких огромных количествах, чтобы хватило даже на кулончик.

Сегодня мы знаем, что атомы железа входят в состав гемоглобина, а гемоглобин нужен для того, чтобы переносить кислород, который необходим для протекания жизненно важных окислительно — восстановительных процессов в нашем организме. Именно из-за железа гемоглобин имеет красный цвет, и, следовательно, кровь человека и животных тоже красного цвета. Железо поступает в организм с продуктами питания. Больше всего железа содержится в яблоках, печени, твороге, сливах, дыне, абрикосах, помидорах и в тыкве. Установлено, что в состав многих ферментов (что-то типа ускорителей реакций) содержатся ионы металлов, таких как марганец, железо, медь и цинк. Недостаток металлов в организме может вызвать серьезные последствия. Например, при недостатке кальция будет замедление роста скелета и, наверное, большая вероятность возникновения кариеса (я не медик, поэтому не берусь утверждать). Где-то видел, что при низком уровне магния могут возникать судороги мышц.

Коррозия металлов.

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией. Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

• Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.

• Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.

• Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла..