Химические свойства металлов
1. Щелочные (Li-Fr), щелочно-земельные (Ca-Ra) металлы, Mg
1) Реагируют с кислородом (подробнее)
Все Щ металлы, кроме Li, образуют не оксиды, а пероксиды:
4Li + O2 -> 2Li2O
2Na + O2 -> Na2O2
Оксиды получают взаимодействием пероксидов с металлом:
Na2O2 + 2Na -> 2Na2O
2) Реагируют с водородом (подробнее)
3) Реагируют с водой (подробнее)
4) Реагируют с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом:
3Mg + 2P -> Mg3P2 (t)
2Na + Cl2 -> 2NaCl
Ca + 2C -> CaC2 (t)
5) Реагируют с некоторыми кислотными оксидами:
CO2 + 2Mg -> 2MgO + C
SiO2 + 2Mg -> 2MgO + Si
SiO2 + 2Ca -> 2CaO + Si
SiO2 + 2Ba -> 2BaO + Si
6) Магний как восстановитель используется в производстве кремния и некоторых металлов:
2Mg + TiCl4 -> 2MgCl2 + Ti (t)
7) Реакции Щ и ЩЗ металлов с растворами кислот протекают, но не имеют практического применения, так как эти металлы также очень бурно взаимодействуют с водой, и суммарная реакция может измениться:
Ca + H2SO4(разб.) -> CaSO4 + H2.
Mg + H2SO4(разб.) -> MgSO4 + H2.
8) Реакции Щ и ЩЗ металлов с растворами солей не протекают, так как реакции металлов с водой являются энергетически более выгодными и протекают именно они.
Li + Na2SO4 -> реакция не идёт.
Na + CaCl2 -> реакция не идёт.
Ca + Na2SO4 -> реакция не идёт.
Магний реагирует водой не так активно, как щелочные металлы, и только при нагревании. Благодаря этому реакции с солями более слабых металлов протекают: магний вытесняет их из соли:
Mg + ZnCl2 -> MgCl2 + Zn.
Mg + CuCl2 -> MgCl2 + Cu.
Mg + Na2SO4 -> реакция не идёт, так как натрий является более активным металлом, чем мангий.
2. Алюминий
1) Реагирует с кислородом: 4Al + 3O2 -> 2Al2O3
2) Не реагирует с водородом (из металлов только Щ, ЩЗ металлы и Mg взаимодействуют с водородом)
3) Реагирует с водой, если удалить оксидную пленку:
2Al + 6H2O -> 2Al(OH)3 + 3H2↑
4) Реагирует с щелочами с выделением водорода (также Be и Zn):
2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 (в растворе)
2Al + 6NaOH -> 2NaAlO2 + 2Na2O + 3H2 (сплавление).
5) При нагревании реагирует с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом:
2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3
2Al + 3S -> Al2S3
2Al + N2 -> 2AlN
Al + P -> AlP
4Al + 3C -> Al4C3
6) Используется для восстановления менее активных металлов (алюмотермия):
3FeO + 2Al -> 3Fe + Al2O3
3Fe3O4 + 8Al -> 9Fe + 4Al2O3
Cr2O3 + 2Al -> 2Cr + Al2O3
7) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
Al + H2SO4 (р) -> Al2(SO4)3 + H2
8) Вытесняет менее активные металлы из их солей:
2Al + 3CuSO4 -> Al2(SO4)3 + 3Cu
9) На холоде пассивируется концентрированными растворами серной и азотной кислот. При нагревании реагирует без выделения водорода:
Al + 4HNO3(конц.) -> Al(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O (t)
8Al + 30HNO3(разб.) -> 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O (t, возможно образование N2O или NO)
2Al + 6H2SO4(конц.) -> Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O (t)
2Al + 3H2SO4(разб.) -> Al2(SO4)3 + 3H2↑
3. Железо
1) Реагирует с кислородом:
3Fe + 2O2 -> Fe3O4 (железная окалина)
В присутствии воды образуется ржавчина:
4Fe + 3O2 + 6H2O -> 4Fe(OH)3
2) Не реагирует с водородом (только Щ, ЩЗ металлы и Mg взаимодействуют с водородом)
Fe + H2 -> реакция не идет
3) Реагирует с парами воды с образованием оксида:
3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2 (t)
4) Не реагирует с щелочами
Fe + NaOH -> реакция не идет
5) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
2Fe + 3F2 -> 2FeF3 (образуется соль Fe+3)
2Fe + 3Cl2 -> 2FeCl3 (образуется соль Fe+3)
2Fe + 3Br2 -> 2FeBr3 (образуется соль Fe+3)
Fe + I2 -> FeI2 (образуется соль Fe+2)
Fe + S -> FeS
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
Fe + H2SO4 (разб.) -> FeSO4 + H2↑ (образуется соль Fe+2)
Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2↑ (образуется соль Fe+2).
7) Вытесняет менее активные металлы из их солей:
Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu (образуется соль Fe+2)
Fe + CuCl2 -> FeCl2 + Cu (образуется соль Fe+2).
8) На холодe пассивируется концентрированными растворами серной и азотной кислот (т.е. реакция не протекает). При нагревании реагирует без выделения водорода:
Fe + 6HNO3(конц.) -> Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O (при нагревании, образуется соль Fe+3)
Fe + 4HNO3(разб.) -> Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (образуется соль Fe+3)
2Fe + 6H2SO4(конц.) -> Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O (при нагревании, образуется соль Fe+3)
9) Соединения Fe+3 реагируют с железом, медью, восстанавливаясь до Fe+2:
2FeCl3 + Fe -> 3FeCl2
Fe3O4 + Fe -> 4FeO
Fe2O3 + Fe -> 3FeO
4. Хром
1) Реагирует с кислородом:
4Cr + 3O2 -> 2Cr2O3
2) Не реагирует с водородом (только Щ, ЩЗ металлы и Mg взаимодействуют с водородом)
Cr + H2 -> реакция не идет
3) Реагирует с парами воды с образованием оксида:
2Cr + 3H2O -> Cr2O3 + 3H2 (t)
4) Не реагирует с щелочами
Cr + NaOH -> реакция не идет
5) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
2Cr + 3Cl2 -> 2CrCl3 (образуется соль Cr+3)
2Cr + 3Br2 -> 2CrBr3 (образуется соль Cr+3)
Cr + S -> Cr2S3 (образуется соль Cr+3)
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
Cr + H2SO4 (разб.) -> CrSO4 + H2↑ (образуется соль Cr+2)
Cr + 2HCl -> CrCl2 + H2↑ (образуется соль Cr+2)
7) Пассивируется концентрированными растворами серной и азотной кислот (реакция идут только при нагревании)
Cr + 6HNO3(конц.) -> Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O (t)
Cr + 4HNO3(разб.) -> Cr(NO3)3 + NO↑ + 2H2O.
5. Медь
1) Реагирует с кислородом:
2Cu + O2 -> 2CuO
2) Реагирует с соединениями Cu+2 с образованием промежуточной степени окисления +1:
CuO + Cu -> Cu2O
CuCl2 + Cu -> 2CuCl
3) Реагирует с соединениями Fe+3:
Cu + FeCl3 -> FeCl2 + CuCl2.
Cu + FeCl2 → реакция не идёт, так как медь является менее активным металлом, чем железо.
4) Не реагирует с водородом (только Щ, ЩЗ металлы и Mg взаимодействуют с водородом)
Cu + H2 -> реакция не идет
5) Не реагирует с парами воды (так как находится в ряду напряжений после водорода):
Cu + H2O -> реакция не идет
6) Не реагирует с щелочами
Cu + NaOH -> реакция не идет
7) Реагирует с кислородом, серой, галогенами при нагревании:
Cu + Cl2 -> CuCl2 (образуется соль Cu+2)
Cu + Br2 -> CuBr2 (образуется соль Cu+2)
2Cu + I2 -> 2CuI (образуется соль Cu+1)
Cu + S -> CuS (образуется соль Cu+2)
8) Не реагирует с N2, C, Si.
9) Не реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится правее водорода в ряду напряжений:
Cu + H2SO4(р) -> реакция не идет.
10) Реагирует с кислотами-окислителями как слабый восстановитель:
Cu + 4HNO3(конц.) -> Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(разб.) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
Cu + 2H2SO4(конц.) -> CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
7. Цинк
1) Реагирует с кислородом: 2Zn + O2 -> 2ZnO
2) Не реагирует с водородом (из металлов только Щ, ЩЗ металлы и Mg взаимодействуют с водородом)
3) Реагирует с парами воды, т.е. при сильном нагревании, с образованием оксида:
Zn + H2O -> ZnO + H2
4) Реагирует с твердыми щелочами и растворами щелочей с выделением водорода (также Be и Al):
Zn + 2NaOH(тв.) -> Na2ZnO2 + H2 (t)
Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2↑
5) Реагируют с галогенами, серой при нагревании:
Zn + Cl2 -> ZnCl2
Zn + S -> ZnS
6) Реагирует с кислотами-неокислителями, так как находится до водорода в ряду напряжений, с выделением водорода:
Zn + H2SO4 (разб.) -> ZnSO4 + H2↑
8) Реагирует с кислотами-окислителями:
4Zn + 5H2SO4(конц.) -> 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O
Так как Zn находится примерно в центре ряда напряжений, то в реакциях с азотной кислотой могут образовываться разные продукты:
Zn+4HNO3(конц.) -> Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
4Zn + 10HNO3(разб.) -> 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.
9) Восстанавливает соли хрома (III), железа (III):
2CrCl3 + Zn -> 2CrCl2 + ZnCl2
2FeCl3 + Zn -> 2FeCl2 + ZnCl2.