Мета роботи: ознайомитися з деякими методами здобування, властивостями металів та їх сполук.

Загальні відомості

1. Метали хімічні елементи, характерною особливістю будови їх атомів є наявність одного, двох, трьох електронів на зовнішньому енергетичному рівні:

ns^1-2, ns²np^1-2, ns²(n-1)d^1-10, ns²(n-2)f^1-14, де n - зовнішній енергетичний рівень, (n-1)- передостанній, (n-2) – третій від кінця енергетичний рівень.

2. Частіше всього метали відновники:

Ме⁰ – nеˉ → Меⁿ⁺

3. В сполуках можуть проявлятись ступені окислення від +1 до +8.

Сполуки, де Ме⁺¹, Ме⁺², як правило йонні, їх оксиди та гідроксиди мають основний характер властивостей.

Сполуки, де Ме⁺³,Ме⁺⁴ - йоно-ковалентні, їх оксиди та гідроксиди мають амфотерні властивості.

Сполуки, де Ме⁺⁵ , Ме⁺⁶, Ме⁺⁷, Ме⁺⁸ – ковалентні, їх оксиди та гідроксиди мають кислотні властивості.

4. Металом називається особливий стан простої конденсованої речовини, в кристалічній гратці якої вільно переміщуються електрони за принципами квантової механіки. Метали тверді (крім Нg), тепло-, електропровідні, ковкі, пружні, мають металічний блиск. Температура плавлення металів змінюється в широкому інтервалі: від -38,9⁰С (Нg) до 3420⁰С (W). Найвищу температуру плавлення в кожному періоді мають метали, електронна конфігурація валентних електронів відповідає формулам:

ns²(n-1)d³; ns²(n-1)d⁴

За густиною метали поділяються на легкі, їх густина до 5·10³ кг/м³ (Mg, Al, Ti, Be), важкі – їх густина більша за 5·10³ кг/м³_.

5. В природі знаходяться:

а) у вільному стані (Au, Cu, Pt…)

б) у вигляді оксидів (Fe₂O₃ -гематит, Al₂O₃ - корунд)

в) у вигляді солей та кристалогідратів (NaCl-камяна сіль, CaSO₄·2H₂O - гіпс).

г) поліметалічних руд (Се, La…)PO4 - монацит.

6. Здобувають метали металургійними способами:

а) пірометалургійний (відновники - С, СО, Н₂, Al, Ca)

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO

б) гідрометалургійний

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu; Cu²⁺ + Fe⁰ = Cu⁰ + Fe²⁺

в) електрометалургійний

2NaCl = (ел-з розплаву) 2Na +Cl₂

7. Хімічна активність металів виявляється у здатності металу віддавати електрони. Метали, які на зовнішньому енергетичному рівні мають один електрон (ns’, IA підгрупа)- лужні метали хімічно-активні, активність збільшується із збільшенням атомного радіусу (Ra).

8. Метали реагують між собою та неметалами, утворюючи бінарні сполуки: оксиди СаО, гідриди (NaH), карбіди (Al₄C₃), нітриди (TiN), силіциди (Ca₂Si), бориди (К₃В), інтерметалічні сполуки. Карбіди, нітриди – тверді, тугоплавкі матеріали.

9. Активні метали реагують з водою:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Fe + H₂O(пар) = FeO + H₂

Однак деякі метали при взаємодії з водою пасивуються, покриваючись оксидною плівкою (Zn, Al, Mg, Cr).

10. Усі метали, які мають від’ємне значення стандартного електродного потенціалу (Е⁰ < 0) витісняють водень із кислот – не окисників (HCl, H₂SO_4(розв)).

Ме⁰ + nH⁺ = Meⁿ⁺ + (n/2)H₂

З кислотами-окисниками метали реагують по-іншому, продуктами відновлення буде не водень.

Zn + 4H₂SO₄ (конц.) = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

Zn + H₂SO₄ (розв.) = ZnSO₄ + H₂

Zn + 4HNO₃ (конц.) = Zn(NO₃)₂ +2NO₂ + 2H₂O

Завдання для самостійного розв’язання

8.2.1. Відповісти на запитання, виконати завдання.

1. В чому полягає сутність загальних фізичних, механічних властивостей металі?

2. Що таке сплави, інтерметалічні сполуки? Як їх здобувають?

3. Хром у сполуках проявляє ступені окислення +2, +3, +6. Як залежить характер властивостей оксидів та гідроксидів хрому від ступеня окиснення. Відповіді підтвердити рівняннями реакції.

4. Скласти рівняння реакції в молекулярному, іонному, де можливо, в електронному видах для здійснення перетворень.

NaH → NaOH →Cu(OH)₂ → CuO → Cu

Na

NaNO₃ → NaNO₂ → NaNO₃

8.2.2 Розв’язати задачі.

1. Скільки мангану можна здобути алюмінотермічним способом із 57т піролюзиту (MnO₂), який містить 20% пустої породи? Скласти відповідні рівняння реакції здобування мангану. (28,83т)

2. Визначити об’єм 0,5N розчину нітратної кислоти, який необхідно взяти для повного розчинення 12,8г міді. Скласти рівняння реакції в молекулярному та електронному видах.

(1,07л)

3. Визначити відсотковий вміст доломіту CaCO₃•MgCO₃ в руді, якщо при прожарюванні 40г руди виділилося 8,96л CO₂ (н.у.) (92%)

8.2.3 Виконати завдання

Скласти необхідні формули, рівняння реакцій в молекулярній, йонній, електронній формах, назвати речовини.

Реактиви та обладнання

1. Розчини: літій хлорид, натрій хлорид, калій хлорид, кальцій хлорид, барій хлорид, купрум (ІІ) сульфат, амоній гідроксид, ферум (ІІІ) хлорид або ферум (ІІІ) сульфат, калій гексаціаноферат (ІІ), калій йодид, калій перманганат, меркурій (ІІ) нітрат, станум (ІІ) хлорид, хлоридна кислота (2N). 2. Речовини: купрум (ІІ) оксид, деревне вугілля, плюмбум (ІV) оксид, натрій пероксид. 3. Обладнання: хімічний посуд, нагрівальний прилад, ніхромова паличка.