Лабораторна робота №8

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛІВ ТА ЇХ СПОЛУК

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

8.1. 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 -38,9 ⁰С (Нg) до 3420 ⁰С (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

8.2. 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, йонному, 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 марганцю можна здобути алюмінотермічним способом із 57т піролюзиту (MnO₂), який містить 20% пустої породи? Скласти відповідні рівняння реакції здобування марганцю. (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.