Учебники Рудзитис / 9

Плотность, твёрдость и температура плавления у металлов различны.

Лабораторный опыт. Изучение образцов металлов

1)Рассмотрите выданные образцы металлов. Найдите в справочнике их температуры плавления и твёрдость.

2)При помощи щипцов поместите в пламя одинаковые кусочки свинца и олова и наблюдайте, как происходит плавление этих металлов. Для сравнения теплопроводности, например, железа и меди возьмите две одинаковые пластинки этих металлов. На одном конце каждой пластинки поместите по кусочку парафина. Затем противоположные концы этих пластинок одновременно поместите

впламя горелки при помощи щипцов.

Назовите выданные вам образцы металлов.

Расположите проверенные вами металлы по возрастанию твёрдости, температуры плавления и теплопроводности.

Металлическая кристаллическая решётка. Металлическая связь. Лёгкие металлы. Тяжёлые металлы

1. Как расположены металлы в периодической таблице Д. И. Менделеева? Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?

140

2.Чем по строению и свойствам кристаллические решётки металлов отличаются от ионных и атомных кристаллических решёток?

3.Каковы общие физические свойства металлов? Объясните эти свойства, основываясь на представлениях о металлической связи.

4.Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие — хрупкие (например, сурьма)?

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

6.Медно-алюминиевый сплав обработали 60 г соляной кислоты (массовая доля HCl — 10 %). Вычислите массу и объём выделившегося газа (н. у.).

1.Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки

2. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки

3. Хорошо проводит электрический ток твёрдое вещество, имеющее кристаллическую решётку

1)молекулярную

2)атомную

3)металлическую

4)ионную

Язнаю особенности строения атомов металлов.

Ямогу объяснить влияние металлической связи на физические свойства металлов.

141

§ 40 Нахождение металлов в природе

иобщие способы их получения

"Как можно восстановить медь из её оксида?

"Какие вещества-восстановители вам известны?

Нахождение в природе. Самым распространённым металлом в земной коре является алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий, калий, магний и титан. Содержание остальных металлов незначительно. Так, например, хрома в земной коре по массе всего лишь 0,3 %, никеля — 0,2 %, а меди — 0,01 %. Металлы встречаются в природе как в свободном виде, так и в различных соединениях (схема 11).

Способы получения. Наиболее активные металлы (Na, K, Са, Mg) получают при пропускании постоянного электрического тока через растворы или расплавы их соединений, т. е. электролизом (этот процесс изучают в старшей школе). Менее активные металлы восстанавливают из их оксидов углём, оксидом углерода(II) или алюминием, а сульфиды металлов вначале обжигают.

Приведём несколько примеров.

142

1. Восстановление металлов из их оксидов углём или оксидом угле-

2. Обжиг сульфидов металлов с последующим восстановлением образовавшихся оксидов:

3. Восстановление металлов из их оксидов более активными металлами, например алюминием (алюминотермия):

Способы получения металлов. Алюминотермия

1.В виде каких соединений встречаются в природе металлы калий, магний, хром и цинк? Напишите химические формулы этих соединений.

2.Предложите три способа получения железа из железной руды Fe2O3

сиспользованием различных восстановителей. Запишите уравнения реакций.

3.Восстановите левую часть схемы реакции:

…+ … Рb + CO2

Решите задачи 2.2 и 2.29 из «Задачника с «помощником», 8—9 кл. (М.: Просвещение, 2009).

Язнаю промышленные способы получения металлов.

Ямогу объяснять способы получения металлов с точки зрения представлений об окислительно-восстановительных процессах.

143

§ 41 Химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов

"Какие ионы называют гидратированными?

"Как с помощью ряда активности металлов определить, будет ли металл вытеснять водород из кислот?

Наиболее общим химическим свойством металлов является способность их атомов при химических реакциях отдавать валентные электроны и превращаться в положительно заряженные ионы.

В химических реакциях металлы являются восстановителями.

Наиболее энергично металлы реагируют с галогенами, кислородом и серой, электроотрицательность которых велика:

Ca + Cl2 = CaCl2

2Mg + O2 = 2MgO

00 +1 –2

2Na + S = Na2S

В этих реакциях окислителем является соответствующий неметалл.

Металлы могут окисляться ионами водорода и ионами других металлов. Например, вам уже известны реакции металлов с водой, кислотами и растворами солей:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2

2Na + 2HOH = 2Na+ + 2OH– + H2

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu

Из уравнений реакций видно, что в них окислителями являются ионы водорода и ионы металлов, а восстановителями — атомы металлов.

Однако не все металлы обладают одинаковой восстановительной способностью. Так, например, цинк может восстановить ионы водорода,

144

а медь нет (медь не вытесняет водород из кислот). Железо восстанавливает ионы меди Сu2+, но медь ионы железа Fe2+ не восстанавливает (медь не вытесняет железо из раствора его солей).

Лабораторный опыт. Взаимодействие металлов с растворами солей

В первую пробирку налейте 2—3 мл раствора нитрата серебра(I), во вторую — 2—3 мл раствора сульфата меди(II), а в третью — столько же раствора нитрата алюминия. В первую пробирку положите тонкую медную проволоку, во вторую — стружки железа, а в третью — медные стружки.

Какие вещества образуются в каждой пробирке?

Какая закономерность проявляется в этих процессах? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекуляр-

ном, ионном и сокращённом ионном виде.

Чтобы предсказать, в каких реакциях и при каких условиях участвуют металлы, необходимо знать их восстановительные способности. Для того чтобы сравнивать металлы по этому признаку, необходимо учиты-

вать три фактора: энергию, требующуюся для отрыва валентных электронов от отдельных изолированных атомов (энергию ионизации), энер-

гию, которая тратится на разрушение кристаллической решётки, а также

энергию, которая выделяется при переходе ионов металла в раствор (энергию гидратации). С учётом перечисленных факторов металлы по

их способности образовывать гидратированные ионы следует расположить так:

Li, K, Са, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Аu

Это знакомый вам ряд активности металлов. Его научное название —

электрохимический ряд напряжений металлов или ряд стандартных электродных потенциалов металлов. Почему этот ряд носит такое на-

звание, вы узнаете в 11 классе.

Надо иметь в виду, что из трёх факторов, которые учитываются при размещении металлов в электрохимическом ряду напряжений, только один, т. е. энергия ионизации, определяется положением металла в периодической таблице. Поэтому нет оснований ожидать, что положение металлов в электрохимическом ряду напряжений всегда должно соответствовать их положению в периодической таблице.

145

вытеснить менее активные металлы из солей в водных растворах. Но из таблицы видно, что Li, Na, K, Са при обычных условиях реагируют с водой. Следовательно, этими металлами для вытеснения других металлов из водных растворов их солей пользоваться нельзя.

По таблице 28 можно определить не только условия, но и характер протекания реакций. Например, цинк реагирует с водой только при повышенной температуре, и в результате образуется оксид цинка:

t

Zn + H2O = ZnO + H2

Энергия ионизации. Электрохимический ряд напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов металлов)

1.На основе представлений о строении атомов поясните, чем металлы по химическим свойствам отличаются от неметаллов.

2.Начертите в тетради предлагаемую таблицу. В соответствующих графах напишите уравнения практически осуществимых реакций; укажите условия их протекания (см. табл. 28). Результаты работы обсудите

ссоседом по парте.

O2 Н2О

Pb(NO3)2 (в растворе) НСl

H2SO4

3. 6 г смеси, состоящей из порошков алюминия и меди, обработали избытком соляной кислоты, при этом выделилось 3,7 л водорода (н. у.). Вычислите массовую долю (в процентах) каждого металла в смеси.

Яумею пользоваться электрохимическим рядом напряжений металлов.

Ямогу составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства металлов.

148

"Что называют раствором?

"Вспомните основные признаки растворов.

В расплавленном состоянии металлы легко смешиваются между собой. При охлаждении такая смесь застывает и приобретает свойства, которых не было у образующих её металлов.

Твёрдые смеси металлов называют СПЛАВАМИ.

В расплавленных металлах могут растворяться также некоторые неметаллы, как, например, углерод и кремний в расплавленном железе. При охлаждении образуются сплавы с нужными свойствами: легкоплавкие, жаростойкие, кислотостойкие и т. д.

Сплавы различаются по составу и строению. Рассмотрим важнейшие

из них.

1) Сплав представляет собой твёрдый раствор, если при охлаждении расплава образуются однородные кристаллы. В узлах их кристаллических решёток находятся атомы разных металлов.

химические реакции. Например, атомы железа реагируют с атомами углерода, и образуется карбид железа Fe3C — цементит, обусловлива-

ющий особую твёрдость и хрупкость чугуна.

Физические свойства сплава отличаются от физических свойств металлов, входящих в его состав.

149