Конспект урока: Общая характеристика металлов. Химические свойства металлов

Химические свойства, способы получения и области применения определяются активностью металлов. В свободном состоянии в природе встречаются малоактивные металлы, а активные — в виде соединений. Получают такие металлы восстановлением из соединений химическими восстановителями, а для получения активных металлов используют электрический ток.

Активность металлов влияет и на скорость реакций. Чем активнее металл, тем легче протекает реакция с его участием.

Определить активность металла можно с помощью электрохимического ряда напряжений металлов:

Рисунок 1. Электрохимический ряд напряжений металлов

При рассмотрении химических свойств металлов мы будем использовать данный ряд.

Металлы — прекрасные восстановители. В электрохимическом ряду слева направо восстановительные способности металлов уменьшаются, следовательно, ослабевают металлические свойства и уменьшается их активность.

Атомы металлов легко отдают электроны, приобретая положительный заряд:
 

${\mathrm{М}}^0 – \mathrm{nē} \to {\mathrm{M}}^{\mathrm{n}+}$

Если атомы металлов могут только отдавать электроны, то катионы металлов могут ещё их присоединять:
 

${\mathrm{M}}^{\mathrm{n}+} + \mathrm{nē} \to {\mathrm{М}}^0$.

Теперь рассмотрим основные химические свойства металлов.

1. Взаимодействие с неметаллами

Чем активнее металл и чем сильнее окислительные способности неметалла, тем быстрее будет протекать реакция.

• С кислородом металлы образуют оксиды:

$4\mathrm{Li} + {\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{Li}}_2\mathrm{O}$,

$2\mathrm{Be} + {\mathrm{O}}_2 = 2\mathrm{BeO}$.

Для взаимодействия с кислородом менее активного металла требуется повышенная температура. А вот благородные металлы — золото, платина — с кислородом не взаимодействуют вообще.

• Металлы I и II групп взаимодействуют с водородом с образованием гидридов:

$2\mathrm{Na} + {\mathrm{H}}_2 = 2\mathrm{NaH}$.

• Металлы взаимодействуют и с другими неметаллами, например, галогенами, серой, фосфором и так далее:

$2\mathrm{Fe} + 3{\mathrm{Cl}}_2 = 2{\mathrm{FeCl}}_3$,

$3\mathrm{Ca} + 2\mathrm{P} = {\mathrm{Ca}}_3{\mathrm{P}}_2$.

2. Взаимодействие с водой

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) реагируют с водой при комнатной температуре, образуя растворимые в воде основания — щёлочи:
 

$2\mathrm{K} + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = 2\mathrm{KOH} + {\mathrm{H}}_2\uparrow$,

$\mathrm{Ca} + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = \mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 + {\mathrm{H}}_2\uparrow$.

Менее активные металлы могут взаимодействовать с водой, но для этого опять же требуется повышенная температура. Продуктами таких реакций являются оксиды, так как гидроксиды металлов при высокой температуре будут разлагаться:
 

$\mathrm{Zn} + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = \mathrm{ZnO} + {\mathrm{H}}_2\uparrow$.

3. Взаимодействие с кислотами

Определить, какие металлы взаимодействуют с кислотами, можно с помощью электрохимического ряда напряжений металлов. 

$\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} = {\mathrm{FeCl}}_2 + {\mathrm{H}}_2\uparrow$,

$\mathrm{Zn} + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 = {\mathrm{ZnSO}}_4 + {\mathrm{H}}_2\uparrow$.

Металлы, стоящие в ряду активности после водорода, не взаимодействуют с растворами кислот.

Ещё одно условие протекания данной реакции — растворимость образующейся соли. Если соль нерастворима, то она будет покрывать сверху металл, перекрывая доступ кислоты к металлу. Например, барий не взаимодействует с раствором серной кислоты, так как образующийся сульфат бария — нерастворимая соль. Также щелочные металлы не взаимодействуют с растворами кислот. Они настолько активны, что взаимодействуют с водой из раствора кислоты, а не с самой кислотой.

Стоит отметить, что азотная и концентрированная серная кислоты взаимодействуют с металлами по-особому. Об этом мы уже говорили при характеристике свойств этих кислот.

4. Взаимодействие с растворами солей

Чтобы узнать, будет ли осуществляться данная реакция, нужно воспользоваться электрохимическим рядом активности металлов. Например, возьмём сульфат магния и железо. По электрохимическому ряду активности можно увидеть, что железо стоит левее меди, значит, оно более активно и сможет вытеснить медь из состава соли:
 

${\mathrm{CuSO}}_4 + \mathrm{Fe} = {\mathrm{FeSO}}_4 + \mathrm{Cu}$.

Исключение — щелочные и щелочноземельные металлы, так как опять же при попадании в раствор они быстрее взаимодействуют с водой, чем с самой солью. А соль должна быть растворима в воде.

5. Взаимодействие с оксидами

На данном свойстве основан метод алюминотермии — одного из способов получения металлов. Например:
 

$2\mathrm{Al} + {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 = {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 2\mathrm{Fe} + \mathrm{Q}$.

В результате реакции выделяется большое количество теплоты.