Ионные уравнения металлов с кислотами

Ионные уравнения металлов с кислотами

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ

Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H ₂ SO ₄ , соляная HCl и азотная HNO ₃ . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.

Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

HCl H + + Cl —

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl соль + H ₂ ↑

При этом соль представляет собой хлорид металла ( NiCl ₂ , CaCl ₂ , AlCl ₃ ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.

Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl ₃ + 3 H ₂ ↑

2│ Al 0 – 3 e — → Al 3+ — окисление

3│2 H + + 2 e — → H ₂ – восстановление

Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:

В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.

Разбавленная серная кислота

В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:

H₂SO₄ H + + HSO₄ —

HSO₄ — H + + SO₄ 2-

Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя.

Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).

Химическая реакция протекает по схеме:

1│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление

3│2 H + + 2 e — → H ₂ – восстановление

Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления:

Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO ₄ нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

Концентрированная серная кислота

В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H ₂ SO ₄ окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO ₄ 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.

Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:

Me + H ₂ SO _{4 (конц.)} соль + вода + продукт восстановления H ₂ SO ₄

Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:

Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H ₂ S , S и SO _2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла: чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.

Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:

Алюминий ( Al ) и железо ( Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H ₂ SO ₄ , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:

Взаимодействие кислот с металлами

Разделы: Химия

Учащиеся познакомились с химическим составом и классификацией кислот, выяснили их некоторые общие химические свойства. А именно: кислоты могут взаимодействовать с основаниями и основными оксидами.

Поэтому цель нашего урока — продолжить характеризовать общие химические свойства кислот в свете ионных представлений. Для этого нужно: научиться пользоваться рядом напряжений металлов для прогнозирования возможных химических реакций кислот.

В тетрадях записываем число и тему урока:

Взаимодействие кислот с металлами.

Если кислоты могут взаимодействовать с основаниями и основными оксидами, а ключевым элементом в их составе является металл, то возможно ли взаимодействие металлов с кислотами. Проверим это экспериментально.

Mg + HCl — выделяется газ. Следовательно, кислоты могут взаимодействовать с металлами. Попробуем разнообразить металлы. Возьмем Zn и Cu. Дети демонстрационно проводят реакции взаимодействия цинка и хлороводородной кислоты при нормальных условиях (видимых изменения нет), затем при нагревании. Наблюдается выделение газа. Другой ученик проводит реакцию взаимодействия меди с той же кислотой при обычных условиях и при нагревании. Реакция не идет. Отрицательный результат — тоже результат.

Подведем итог магний взаимодействует с кислотой при нормальных условиях, цинк — при нагревании, медь — не взаимодействует.

Почему же металлы по-разному взаимодействуют с кислотами? Разная химическая активность!

Подобные опыты проводил в прошлом веке русский химик Н.Н.Бекетов. На основании экспериментально полученных данных он составил ряд активности металлов, который называется рядом напряжения металлов. В нем металлы располагаются в порядке уменьшения химической активности. Учитель показывает активные металлы, металлы средней активности и малоактивные.

Хотелось бы мне посмотреть на вашу активность. Поднять руки вверх, выпрямить их и очень быстро сжимать и разжимать кулачки по 10 раз. (Повторить дважды) Достаточно! Теперь пальчиками потрите мочки ушей по 10 раз. (Повторить дважды). В процессе упражнения учитель быстро считает от 1 до 10. Кто успел за моим счетом, тот активный, а кто не успел — тот малоактивный.

Данный фрагмент урока объединяет физминутку и позволяет детям почувствовать понятие активности и малой активности.

Для следующего ролевого этапа урока нужны два мальчика. Один — знаменитый боксер Александр Балуев, а другой — маленький щупленький, трусливый Слабачок. Задание: сидят две подружки на стульчиках. Вам понравился стульчик под одной из подружек. Как вы будете его освобождать для себя, находясь в сценическом образе своего героя? Дети предполагают возможные ситуации: боксер силой «вытряхнет» или попытается испугать сидящих. Слабачок же, тоже попытается выгнать, угрожать, испугать, но ему это не удается. Нисколько не страшно.

А если это не персонажи, а химические элементы. Тогда можно увидеть суть наших химических реакций. Более активный металл замещает водород в составе кислоты. А почему же медь не взаимодействует с кислотой? Дети приходят к выводу, что медь — малоактивный металл и не может вытеснить водород из растворов кислот.

Вывод. Мы выяснили закономерности взаимодействия кислот с металлами: водород из кислот вытесняют металлы, стоящие до водорода в ряду активности.

Пришло время закончить работу со схемами, соответствующими проведенным химическим реакциям взаимодействия металлов с кислотой:

На доске дети составляют реакции взаимодействия хлороводородной кислоты с цинком и магнием в молекулярном и ионном виде. Как видно из кратких ионных уравнений, вместо хлороводородной кислоты можно взять какую-либо другую кислоту. Конечно, есть кислоты, которые взаимодействуют с металлами по-особому, но об этом мы поговорим на уроках химии позже.

Итак, на уроке сегодня вы

• познакомились с рядом активности металлов;
• пополнили знания о химических свойствах кислот;
• выяснили, что о возможности реакции между кислотой и металлом подскажет ряд активности.

Домашнее задание, оценки за урок.

Химические свойства металлов

О чем эта статья:

8 класс, 9 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.

В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).

Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.

Ряд активности металлов

Металлы средней активности

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

оксид образует только литий

натрий образует пероксид

калий, рубидий и цезий — надпероксид

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

С галогенами металлы образуют галогениды:

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

Металлы IIА группы

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Вопросы для самоконтроля

С чем реагируют неактивные металлы?

С чем связаны восстановительные свойства металлов?

Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O

Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.