Учебники Рудзитис / 11

1.Подготовьте таблицу, характеризующую свойства и применение цинка, подобную ранее рассмотренным таблицам для металлов А-групп.

2.Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Na2ZnO2 Na2[Zn(OH)4]

3.При взаимодействии цинка с 300 г 49 %-ного раствора серной кислоты получили 1,2 моль соли. Вычислите практический выход соли в процентах от теоретически возможного.

4.При «растворении» в соляной кислоте 12,9 г сплава, состоящего из меди и цинка, получили 2,24 л водорода (н. у.). Вычислите массовые доли цинка и меди в этом сплаве.

1.Определите, верны ли следующие суждения.

А. Цинк реагирует и с раствором серной кислоты, и с раствором щёлочи.

Б. Цинк реагирует с раствором кислоты, но не реагирует с раствором щёлочи.

1)верно только А 3) верны оба суждения

2)верно только Б 4) оба суждения неверны

2. Амфотерные свойства проявляют соединения

Я умею составлять уравнения реакций, характеризующих свойства цинка.

140

"Какие предметы, изготовленные из титана, вам известны из повседневной жизни?

"Почему хром не подвергается коррозии в атмосфере кислорода?

Титан и хром — одни из наиболее устойчивых к коррозии металлов.

Всвязи с этим они играют важнейшую роль в промышленности. Титан. Титан — элемент IVБ-группы. Его электронная конфигура-

ция следующая:

+22Ti 1s2 | 2s22p6 | 3s23p63d2 | 4s2

Как и у многих других d-элементов, в атоме титана Ti подвижными являются не только электроны наружного энергетического уровня, но и два электрона d-подуровня. Поэтому титан в соединениях проявляет

степени окисления +2 и +4 (реже +3).

Нахождение в природе. Важнейшими минералами, содержащими титан, являются титаномагнетиты FeTiO3 nFе3О4, ильменит FeTiO3, рутил ТiO2 и др. (рис. 40). Титановые руды распространены относи-

тельно широко, но содержание в них титана небольшое.

Получение. Поскольку богатых титановых руд в земной коре нет, их приходится обогащать. Титан получают хлорированием рудных концентратов с последующим восстановлением образовавшегося хлорида титана(IV) магнием (реже натрием):

TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

Полученный титан содержит примеси. Для выделения чистого титана образующуюся смесь нагревают в вакууме. При этом магний и хлорид магния испаряются.

Выделившийся титан переплавляют и получают компактный ковкий металл. Так как при этом производственном процессе используется дорогой металл магний Mg, себестоимость титана сравнительно велика.

141

Физические свойства. Титан — сере- бристо-белый металл. Сравнительно лёгкий — немного тяжелее алюминия, но примерно в три раза прочнее его. Тугоплавкий (1668 С). В обычных условиях отличается высокой прочностью и вязкостью.

Поддаётся различным видам обработки.

Химические свойства. Титан, как и алюминий, довольно активный металл. Однако благодаря образованию на поверхности металла плотной защитной оксидной плёнки он обладает исключительно высокой устойчивостью к коррозии, превыша-

ющей устойчивость нержавеющей стали. При обычных условиях на титан не действуют ни кислород воздуха, ни морская вода, ни даже царская водка. При повышенной температуре его химическая активность повышается. Так, например, титан реагирует с хлором:

При высокой температуре реагирует с кислородом:

Ti + O2 = TiO2

Азотная кислота на титан не действует (кроме порошка), но разбавленная серная кислота реагирует с ним:

2Ti + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 3H2

Применение (рис. 41). Титан и его сплавы из-за их лёгкости, прочности, термической и коррозионной стойкости применяют для изготовления деталей самолётов, космических кораблей, ракет, подводных лодок,

142

Рис. 41. Применение титана и его соединений

Хром. Хром возглавляет VIБ-группу. Электронная конфигурация его атома следующая:

+24Сr 1s2 | 2s22p6 | 3s23p63d5 | 4sl

Схема расположения электронов по энергетическим уровням и подуровням в атоме хрома выглядит так:

Согласно закономерностям заполнения энергетических уровней и подуровней (орбиталей) у атома хрома на четвёртом энергетическом уровне (s-подуровне) должно быть два электрона. Однако один из двух электронов переходит на третий энергетический уровень, на незаполненную d-орбиталь. Такое явление наблюдают и у атомов некоторых других элементов Б-групп (см. § 4).

Хром может проявлять степени окисления от +1 до +6. Наиболее устойчивыми являются соединения хрома в степенях окисления +2,

+3, +6.

Нахождение в природе. В нашей стране наиболее распространённой хромовой рудой является хромистый железняк, или хромит железа, Fe(CrO2)2 (рис. 42). В природе встречаются также оксид хрома(III) Сr2О3

и некоторые другие соединения хрома.

Получение. При сильном нагревании хромистого железняка с углём происходит восстановление хрома и железа:

143

FeO Cr2O3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

Обычно используют смесь оксидов Сr2О3 и СrО3.

Физические свойства. Хром — металл серебристо-белого цвета с металлическим блеском, по внешнему виду похожий на сталь. Его

плотность 7,19 г/см3, температура плавления 1907 С.

Химические свойства. Поверхность хрома покрыта очень тонкой прозрачной плёнкой оксида. Она химически весьма устойчива — даже кислоты разрушают её с трудом. Благодаря этой плёнке хром является одним из самых коррозионно-стойких металлов. Разбавленная соляная и серная кислоты с хромом начинают реагировать только через некоторое время (после разрушения плёнки):

Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2

Азотная кислота пассивирует хром (закрепляет оксидную плёнку). Применение хрома показано на схеме 8.

Схема 8

Применение хрома

В виде феррохрома сплавляют с железом и получают высококаче- ственные твёрдые при высокой температуре стали, металлорежущие

инструменты

При добавлении хрома (около 12 %) получают нержавеющую сталь (хирургические инструменты и т. д.)

Покрывают (хромируют) различные стальные изделия для предотвращения коррозии

144

1.На основании чего можно утверждать, что титан является одним из важнейших металлов в современной технике?

2.Какие степени окисления характерны для хрома в его соединениях? Приведите примеры. Составьте схему размещения электронов по орбиталям в атоме хрома.

3.Какую массу хрома можно получить из 200 г оксида хрома(III), содержащего 5 % примесей, алюминотермическим способом?

1.В схеме превращений

3)+3 В. CrCl2

4)+6 Г. Cr2(SO4)3

3. В реакции оксида хрома(III) с алюминием восстановительные свойства проявляет

Решите задачи 7.6 и 7.9 (с. 49) из «Задачника с «помощником» для 10—11 классов.

Используя дополнительную литературу и Интернет, подготовьте электронную презентацию о свойствах и применении титана или хрома.

Я умею составлять уравнения реакций, характеризующих свойства титана и хрома.

145

Таблица 9

Железо

Электронная конфигурация

+26Fe ... 3s23p63d64s2

Физические свойства

Металл серебристо-белого цвета. Чистое железо — мягкий, пластичный металл. Плотность 7,87 г/см3, температура плавления 1539 C. В отличие от многих других металлов железо обладает магнитными свойствами

Химические свойства

146

Продолжение

Применение

Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления трансформаторов, электромоторов и мембран микрофонов. Основная масса железа на практике используется в виде его сплавов — чугуна и стали (см. табл. 11, 12, с. 151—152)

Кроме железа, из элементов VIIIБ-группы большое практическое значение имеют никель Ni и платина Pt.

Для никеля характерны соединения, в которых он проявляет степени окисления +2 и +3. В отличие от соединений железа(III) соединения, в которых никель проявляет степень окисления +3, неустойчивы.

Для платины наиболее характерны соединения, в которых она проявляет степени окисления +2 и +4.

Важнейшие свойства этих металлов и их применение отражены в таблице 10.

Таблица 10

Никель и платина — металлы VIIIБ-группы

147

Продолжение

Химические свойства

Химическая активность уменьшается

1. Взаимодействие с простыми веществами

148

1.Составьте уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами. Покажите переход электронов и поясните, что окисляется и что восстанавливается, что является окислителем и что — восстановителем.

2.Почему применение чистого железа ограничено?

3.Вычислите массу железа, которое можно получить из 100 кг маг-

нитного железняка Fе3О4 восстановлением углеродом. Учтите, что в магнитном железняке содержится 10 % примесей. Производственные потери конечного продукта реакции 15 %.

4.В раствор, содержащий 16 г сульфата меди(II), поместили 4,8 г железных опилок. Какие вещества образовались и какова их масса?

1.Восстановительные свойства железо проявляет в реакции

1)Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3Н2О

2)2FeCl2 + Сl2 = 2FeCl3

3)2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

4)FeCl2 + 2KOH = Fe(OH)2 + 2KCl

2. В схеме превращений

Fe FeCl2 X FeO Fe Y Fe(OH)3 веществами X и Y могут быть соответственно

3. В реакции оксида железа(III) с водородом восстановителем является

Используя дополнительную литературу и Интернет, подготовьте электронную презентацию о свойствах и применении платины или никеля.

Я умею составлять уравнения реакций, характеризующих свойства железа.

149