15. Металлы, получение и свойства

281–300. Для металла, соответствующего Вашему номеру задания (табл. 13), выполните следующее:

1. Напишите электронную формулу. Укажите возможные степени окисления элемента. Определите ковалентность. Приведите примеры типичных соединений в данных степенях окисления (оксиды, гидроксиды, соли).

2. Напишите уравнения реакций, характеризующих взаимодействие металла:

а) с простыми веществами (кислородом, серой, галогенами);

б) с растворами солей, оснований;

в) с разбавленной азотной кислотой;

г) с разбавленной соляной кислотой.

Возможность реакции в, протекающей в стандартных условиях, и реакции г, протекающей при парциальном давлении водорода

P_H2 = 5·10^–7 атм. и концентрации HCl 0,01 моль/дм³, подтвердите расчетом.

3. Составьте уравнения реакций получения заданного металла в чистом виде из природного соединения или руды, используя один из промышленных методов (гидрометаллургический, металлотермический, пирометаллургический, электрометаллургический, электрогидрометаллургический).

Таблица 13

Номер задания	Металл
296	Бериллий

Решение:

1. Бериллий расположен во втором периоде II группы главной (А) подгруппы Периодической таблицы. Обозначение – Be. В Виде простого вещества бериллий представляет собой относительно твёрдый, но хрупкий металл светло-серого цвета.

Электронная формула атома титана: ₄Be 1s²2s².

Бериллий может существовать в виде простого вещества – металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю, так как распределение электронной плотности в них равномерно.

В своих соединениях бериллий способен проявлять степени окисления (+2) (Be⁺²O, Be⁺²(OH)₂, Be⁺²Cl₂, Na₂Be⁺²O₂).

2. Уравнения реакций взаимодействия металла:

а) с простыми веществами:

б) Восстановитель, реагирует с водой при кипячении, растворами солей, разбавленными кислотами, концентрированными щелочами, аммиаком. Реакция с концентрированными щелочами:

в) Реакция с разбавленной азотной кислотой:

3Be + 8HNO_{3(разб., гор.)} = 3Be(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

восстановитель	Be0 - 2e- = Be2+	2		3	процесс окисления
			6
окислитель	NO3− + 4H+ + 3е– = NO + 2H2O	3		2	процесс восстан-ия

Записываем суммарное уравнение:

3Be + 2NO₃− + 8H+ = 3Be²⁺ + NO + 4H₂O.

Вычисляем электродвижущую силу Е⁰ по стандартным потенциалам окислителя и восстановителя по формуле:

Е⁰ = φ_окисл. – φ_восст. = 0,96 +1,847 = 2,807 В.

Поскольку Е⁰ > 0, реакция возможна.

г) Реакция с разбавленной соляной кислотой:

Be + 2HCl_(разб.) = BeCl₂ + H₂↑.

восстановитель	Be0 - 2e- = Be2+	2		1	процесс окисления
			2
окислитель	2H+ + 2е– = H2	2		1	процесс восстан-ия

Поскольку [HCl] = 0,01 моль/дм3, а pH = –lg [Н+], то pH = 2.

Потенциал окислителя рассчитываем по формуле:

φ _2H+/H2 = - 0,059·pH – 0,0295 lgP_H2 = - 0,059 · 2 – 0,0295 · lg5·10^-7 = 0,068 В.

Тогда Е⁰ = 0,068 + 1,847 = 1,915 В. Реакция возможна, так как Е⁰ > 0.