Металлы. Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов.

урок по химии 10Сегодня разберем урок химии 10 — Металлы.  Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов. Как обещал, даю ответы к тестовым заданиям урока химии 9: 1-3, 2-2, 3-2, 4-2, 5-3, 6-1, 7-1, 8-2, 9-4, 10-2, 11-2, 12-2, 13-2, 14-3, 15-1, 16-1, 17-1, 18-1, 19-4, 20-3, 21-3, 22-2, 23-1, 24-4, 25-1.

Теперь перейдем к уроку химии 10.

Общая характеристика. Из всех известных в настоящее время элементов около 80% относятся к металлам: s-элементы I и  II групп, все d- и f- элементы и ряд  p-элементов главных подгрупп периодической системы. Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (кроме первого). Главной особенностью элементов-металлов является наличие у них на внешних  энергетических уровнях небольшого числа  электронов.(1,2,3).

В природе металлы встречаются как в свободном виде, так и в виде соединений. В свободном виде существуют химически менее активные, трудно окисляющиеся кислородом металлы: платина, золото, серебро, ртуть, медь и др. Все металлы, за исключением ртути, при обычных условиях твердые вещества с характерным блеском, хорошо проводят электрический ток и тепло. Большинство металлов может коваться, тянуться и прокатываться. По цвету, все металлы условно подразделяются на две группы: черные и цветные. По плотности различают металлы легкие (ρ < 5) и тяжелые (ρ > 5). Примером легких металлов служат калий, натрий, кальций, алюминий и др. К тяжелым металлам относятся осмий, олово, свинец, никель,  ртуть, золото, платина и т.д. Температура плавления металлов также различна: от -38.9 °С (ртуть) до 3380 °С (вольфрам). Металлы могут отличаться и по твердости: самыми мягкими металлами являются натрий и калий (режутся ножом), а самыми твердыми – никель, вольфрам, хром (последний режет стекло). Тепло и электричество различные металлы проводят неодинаково: лучшим проводником электричества является серебро, худшим – ртуть.

В расплавленном состоянии металлы могут распределяться друг в друге, образуя сплавы. Большинство расплавленных металлов могут смешиваться друг с другом в неограниченных количествах. При смешивании расплавленных металлов происходит либо простое растворение расплавов одного металла в другом, либо металлы вступают в химическое соединение. Чаше всего сплавы представляют собой смеси свободных металлов с их химическими соединениями. В состав сплавов могут входить также и неметаллы (чугун – сплав железа с углеродом). Свойства металлов существенно отличаются от свойств составляющих их элементов.

Известно, что у металлов на внешнем энергетическом уровне (ВЭУ) имеется 1-3 валентных электрона. Поэтому они сравнительно легко отдают свои электроны неметаллам, у которых на ВЭУ 5-7 электронов. Так, металлы непосредственно реагируют с галогенами. Большинство Ме хорошо реагируют с кислородом (исключая золото, платину, серебро), образуя оксиды и пероксиды; взаимодействуют с серой с образованием сульфидов. Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой с образованием растворимых в ней щелочей. Металлы средней активности реагируют с водой только при нагревании. Малоактивные металлы с водой вообще не реагируют. Большинство металлов растворяется в кислотах. Однако химическая активность различных металлов различна. Она определяется легкостью  атомов металла отдавать валентные электроны.

Приводим таблицу газообразных продуктов реакций кислот и металлов. Ее надо запомнить, или иметь всегда под рукой.

 

Металлы

HCl

Разбав

НСl

Конц

H2SO4

Разбав

H2SO4

Конц

HNO3

Разбав

HNO3

Конц

Li

H2

H2

H2

H2S

NH3

N2O

K

H2

H2

H2

H2S

NH3

N2O

Ca

H2

H2

H2

H2S

NH3

N2O

Na

H2

H2

H2

H2S

NH3

N2O

Mg

H2

H2

H2

SO2

NH3

N2O

Al

H2

H2

H2

SO2

NH3

Zn

H2

H2

H2

SO2

NO

NO2

Cr

H2

H2

H2

SO2

NO

Fe

H2

H2

H2

NH3

Ni

H2

H2

H2

SO2

NO

NO2

Sn

H2

H2

H2

SO2

NH3

NO2

Pb

H2

H2

H2

SO2

NO

NO2

H

Cu

SO2

NO

NO2

Hg

SO2

NO

NO2

Ag

SO2

NO

NO2

Pt

Au

 

По своей активности все металлы расположены в определенной последовательности, образуя ряд активности или ряд стандартных электродных потенциалов:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

В этом ряду каждый предыдущий металл вытесняет из соединений все последующие металлы.

Электролиз мы рассматривали ранее. Здесь же коротко напомним его основные моменты.  Анод положительный электрод, на нем происходит окисление; катодотрицательный электрод, на нем происходит восстановление. При электролизе расплава происходит распределение ионов соли в анодном и катодном пространстве. Ион металла восстанавливается до металла, а кислотный остаток бескислородной кислоты окисляется до соответствующего газа или элемента. Электролиз растворов солей более сложен из-за возможности участия в электродных процессах молекул воды. На катоде: 1) ионы металлов от лития до алюминия не восстанавливаются, но  идет процесс восстановления водорода из воды, 2) ионы металлов от алюминия до водорода восстанавливаются до металлов вместе с восстановлением водорода из воды, 3) ионы металлов от висмута до золота восстанавливаются до металлов. На аноде: 1) анионы бескислородных кислот окисляются до соответствующих элементов, 2) при электролизе солей кислородсодержащих кислот происходит окисление не кислотных остатков, а воды с выделением кислорода, 3) в щелочных растворах происходит окисление гидроксид-ионов до кислорода и воды, 4) при использовании растворимых анодов, на них образуются катионы металла, из которого сделан анод.

 Металлическая связь. Связь между положительными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.

Физические свойства. Для всех металлов характерны электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Металлы различаются по плотности: самый легкий металл литий ( ρ = 0,53 г/см3).

Основные промышленные способы получения металлов:

  1. Пирометаллургический:

1)    коксотермия                    Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Fe(CO)3 → Fe + 3CO

2)    алюмотермия                   Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3

3)    магнийтермия                  TiO2 + 2Mg → Ti + 2MgO

4)    водородотермия              CuO + H2 → Cu + H2O

2. Электрохимический:

1)    электролиз расплавов:   NiCl2 → Ni + Cl2

2)    электролиз растворов:   MnSO4 + 2H2O → Mn + O2­ + H2­ + H2SO4

3. Гидрометаллургический:

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 +  2H2O

CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4.

Коррозия – это самопроизврольный процесс разрушения металлов при ввзаимодействии  их с окружающей средой, например, железо на воздухе: 4Fe + 3O2 + 6H2O 4Fe(OH)3

Коррозия наносит большой ущерб народному хозяйству. Поэтому с коррозией ведут борьбу. Существуют следующие методы защиты металлов от коррозии.

1. Исключение контакта металла с атмосферой и электролитами. Это может быть достигнуто нанесением защитных покрытий:

а) неметаллических – специальные лаки, краски, эмали;

б) химических – покрытий, к которым относятся искуственно создаваемые поверхностные пленки (оксидные, фосфатные, нитридные и др.);

в) металлических – покрытий, полученных электрохимическим осаждением на защищаемой детали тонкого слоя другого металла (хромирование, никелирование, цинкование, лужение и т.д.);

2. Электрохимические методы защиты:

а) протекторная – к защищаемому металлу присоединяется кусок более активного металла, который и разрушается в присутствии электролита;

     б) катодная – металлоконструкции подсоединяются к катоду внешнего источника тока, что исключает возможность их анодного разрушения.

3. Специальная обработка электролита или среды, в которой находится защищаемая конструкция:

а) введение веществ-ингибиторов, замедляющих коррозию;

б) удаление растворенного воздуха в воде (деаэрация) – например, в воде, поступающей в котельные установки.

 

Это был урок химии 10 — Металлы.  Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов.

 

{lang: 'ru'}

Расскажите об этой статье друзьям:

Friend me:

Вы можете оставить комментарий, к нашему сайту.

Оставить отзыв