1.4. Взаимодействие металлов со щелочами и другими соединениями

Взаимодействие со щелочами. Некоторые металлы (Be, Al, Zn, Sn, Pb), которым соответствуют амфотерные гидроксиды, взаимодействуют с растворами щелочей. Растворение обычно сопровождается образованием гидроксокомплексов:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂,

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ .

Взаимодействие с соединениями менее активных металлов. Более активные металлы взаимодействуют с соединениями менее активных металлов. Например:

Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe ,

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂ .

Взаимодействие с солями менее активных металлов. Металлы, стоящие в  электрохимическом ряду напряжений левее металла, входящего в виде катиона в состав соли, вытесняют этот металл из водных растворов их солей. Например:

Cu + Hg(NO₃)₂ = Hg + Cu(NO₃)₂ ,

Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄ .

1.5. Примеры решения задач

Задача 1. Напишите уравнения реакций взаимодействия между следующими веществами:

а) железом и соляной кислотой;

б) магнием и концентрированной серной кислотой;

в) железом и разбавленной азотной кислотой.

Решение. а) В результате взаимодействия железа с соляной кислотой образуется хлорид железа (II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑.

б) При взаимодействии магния с концентрированной серной кислотой образуется сульфат магния, вода и продукт восстановления серной кислоты – сероводород:

4Mg + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O.

в) Железо с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:

Fe + 4HNO_{3 (разб)} = Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O.

Задача 2. Записать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CuSO₄  Cu  Cu(NO₃)₂  Cu(OH)₂  CuO CuSO₄ .

Решение. 1. Медь образуется при восстановлении сульфата меди (II) более активным металлом, например, цинком:

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu.

2. При действии концентрированного раствора азотной кислоты медь превращается в нитрат меди (II):

Сu + 4HNO_{3 (конц.)} = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2Н₂О .

3. При действии на нитрат меди (II) раствора NaOH образуется гидроксид меди (II):

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓+ 2NaNO₃.

4. При нагревании гидроксид меди (II) разлагается:

Cu(OH)₂ CuO + Н₂О.

5. При действии на оксид меди (II) разбавленного раствора H₂SO₄ образуется сульфат меди (II):

CuO + H₂SO_{4 (разб)} = CuSO₄ + H₂O.

2. Задачи

1. Составить электронные формулы и электроно-графические диаграммы внешнего и предвнешнего энергетических уровней атома металла и его иона в основном состоянии. Указать число неспаренных электронов у атома и иона.

Вариант	Металл	Ион металла	Вариант	Металл	Ион металла
1	Sc	Sc3+	8	Ti	Ti3+
2	Cr	Cr3+	9	Ni	Ni2+
3	Mn	Mn3+	10	Y	Y+3
4	Sr	Sr2+	11	Cu	Cu2+
5	Ga	Ga3+	12	Mo	Mo2+
6	Fe	Fe3+	13	Hg	Hg2+
7	Mo	Mo3+	14	Cd	Cd2+

2. Написать уравнения реакций взаимодействия указанных металлов с водой или водным раствором сильного основания. Расставить стехиометрические коэффициенты методом электронного баланса.

Вариант	Металл	Реагент	Вариант	Металл	Реагент
1	Ca	H2O	8	Cs	H2O
2	Al	NaOH	9	Mg	H2O
3	K	H2O	10	Sn	NaOH
4	Ba	H2O	11	Sr	H2O
5	Zn	NaOH	12	Be	KOH
6	Sn	KOH	13	Rb	H2O
7	Be	NaOH	14	Li	H2O

3. Написать уравнения реакций взаимодействия металлов с кислотами при комнатной температуре или при нагревании (T). Расставить стехиометрические коэффициенты методом электронного баланса.

Вариант	Металл	Кислота	Вариант	Металл	Кислота
1	Fe	HNO3 (разб)	8	Mg	H2SO4 (конц)
2	Cr	H2SO4 (разб)	9	Mn	H2SO4 (конц)
3	Mn	H2SO4 (разб)	10	Fe	H2SO4 (конц) (T)
4	Co	HNO3 (разб)	11	Ni	HNO3 (разб)
5	Fe	HNO3 (конц) (T)	12	Al	HNO3 (оч. разб)
6	Ni	H2SO4 (конц) (T)	13	Mn	HNO3 (разб)
7	Co	H2SO4 (разб)	14	Fe	H2SO4 (разб)

4. Написать уравнения реакций взаимодействия указанных металлов с водным раствором соли. Расставить стехиометрические коэффициенты методом электронного баланса.

Вариант	Металл	Реагент	Вариант	Металл	Реагент
1	Sn	AgNO3	8	Fe	Pb(NO3)2
2	Ni	CuSO4	9	Cd	SnSO4
3	Zn	FeSO4	10	Co	AgNO3
4	Ag	AuCl3	11	Sn	Cu(NO3)2
5	Ti	CdCl2	12	Cu	HgCl2
6	Cu	AgNO3	13	Ag	PdCl2
7	Zn	AuCl3	14	Mn	CdSO4