Загрузил Katya

Konspekt Metally

реклама
Металлы
Химия ЩМ, ЩЗМ, магния и алюминия
Химические свойства металлов IA и IIA групп
Напоминание: бериллий Be и магний Mg – не ЩЗМ!!!
1. Взаимодействие с неметаллами
ЩМ, ЩЗМ реагируют абсолютно со всеми неметаллами.
ЩМ с кислородом
С кислородом они начинают реагировать уже при комнатной температуре.
Важная особенность щелочных металлов: только при горении лития в
кислороде образуется оксид, остальные ЩМ сгорают до пероксида*:
4Li + O2
2Li2O
2Na + O2
Na2O2
Получить оксид можно совместным нагреванием пероксида с
соответствующим щелочным металлом:
Na2O2 + 2Na
t°
2Na2O
*На самом деле при сгорании калия, рубидия и цезия образуется немалая
доля надпероксидов – KO2, RbO2 и CsO2 соответственно, однако,
помнить об этом факте необязательно
IIA группа с кислородом
В случае металлов IIA группы формально можно считать, что сгорание идет
только до оксидов:
1
2Mg + O2
2MgO
2Ca + O2
2CaO
С водородом
Во взаимодействии металлов IA и IIA групп с другими неметаллами
специфического поведения не наблюдается.
В реакции ЩМ и ЩЗМ с H2 при нагревании образуются гидриды металлов:
t°
2Na + H2
Ca + H2
t°
2NaH гидрид натрия
CaH2
гидрид кальция
Магний и бериллий с водородом не реагируют.
Напомним, что гидриды ЩМ, ЩЗМ и Mg легко гидролизуются
водой и водными растворами кислот.
Это единственный пример ОВ гидролиза бинарных соединений:
CaН2 + 2H2O
Ca(OH)2 + 2H2
CaН2 + 2HCI
CaCI2 + 2H2
С галогенами
С галогенами ЩМ, ЩЗМ, Mg, Be образуют соответствующие галогениды:
2Na + CI2
2NaCI хлорид натрия
Ca + Br2
CaBr2 бромид кальция
С серой
С серой реагируют все металлы IA и IIA групп. Реакции приводят
к образованию соответствующих сульфидов:
2
2Li + S
Li2S
Mg + S
MgS сульфид магния
сульфид лития
С азотом
С азотом реагируют ЩМ, ЩЗМ, Mg и AI. Реакции приводят к образованию
соответствующих нитридов. Реакция с литием идет уже при комнатной
температуре, в остальных случаях требуется нагревание:
6Li + N2
3Ca + N2
2Li3N нитрид лития
t°
Ca3N2 нитрид кальция
Получаемые нитриды ЩМ, ЩЗМ и Mg легко гидролизуются
водой, а также водными растворами кислот:
t°
Li3N + 3H2O
3LiOH + NH3
t°
Ca3N2 + 8HCI
3CaCI2 + 2NH4CI
С фосфором
С фосфором также реагируют ЩМ, ЩЗМ, Mg и не реагирует бериллий.
В результате таких реакций образуются соответствующие фосфиды:
3Li + P
Li3P
3Ca + 2P
t°
фосфид лития
Ca3P2
фосфид кальция
Получаемые фосфиды, как и нитриды, легко гидролизуются
водой, а также водными растворами кислот:
Li3P + 3H2O
Ca3P2 + 6HCI
3
t°
t°
3LiOH + PH3
3CaCI2 + 2PH3
2. Взаимодействие IA и IIA групп со сложными веществами
С водой
С водой при обычных условиях реагируют только ЩМ и ЩЗМ. При этом
образуются щелочи:
2Na + 2H2O
2NaOH + H2
Ca + 2H2O
Ca(OH)2 + H2
Магний реагирует с водой только при кипячении:
Mg + 2H2O
t°
Mg(OH)2 + H2
Другое
Специфической особенностью бериллия является то, что он
реагирует со щелочами:
Be + 2NaOH(р-р) + 2H2O
Na2[Be(OH)4] + H2
Mg и Be способны вытеснять менее активные металлы из растворов
соответствующих солей:
Mg + CuSO4
MgSO4 + Cu
ЩМ и ЩЗМ из растворов солей вытеснять менее активные металлы
не способны по причине того, что реагировать в этих условиях будут
преимущественно с водой.
Однако, реакция чаще всего возможна при сплавлении солей менее
активных металлов с ЩМ и ЩЗМ. Например:
3K + AICI3(тв.)
t°
3KCI + AI
Способы получения ЩМ, ЩЗМ и магния
Условно в рамках ЕГЭ следует считать что единственные способы
получения ЩМ, ЩЗМ и магния – это электролиз расплавов
бескислородных солей. Как правило, хлоридов:
4
2NaCI (расплав)
электролиз
2Na + CI2
СaCI2 (расплав)
электролиз
Сa + CI2
MgCI2 (расплав)
электролиз
Mg + CI2
Щелочные металлы могут быть также получены электролизом расплавов
щелочей:
4NaOH (расплав)
электролиз
4Na + O2 + 2H2O
Химия алюминия.
Основные химические свойства алюминия
Важной особенностью AI является то, что он покрыт крайне прочной и
химически стойкой пленкой из AI2O3, и без этой пленки проявляет крайне
высокую активность, не сильно уступающую ЩМ и ЩЗМ.
1
Так, например, без этой пленки он легко реагирует с водой:
2AI + 6H2O
2
2AI(OH)3 + 3H2
Как и другие активные металлы алюминий реагирует с неметаллами:
2AI + 3I2
2AI + N2
4AI + 3C
2AII3 (после добавления капли воды)
t°
t°
2AIN
AI4C3
AI2S3, AI4C3 и AIN необратимо гидролизуются действием H2O,
растворов кислот и щелочей:
t°
AI2S3 + 6H2O
AI4C3 + 12HCI
2AI(OH)3 + 3H2S
t°
AI2S3 + 8NaOH (р-р)
3
4AICI3 + 3CH4
t°
2Na[AI(OH)4] + 3Na2S и т.д.
Важным химическим свойством металлического алюминия является
то, что он реагирует (наряду c Be и Zn) со щелочами:
2AI + 2NaOH (р-р) + 6H2O
2AI + 6NaOH (тв.)
5
t°
2Na[AI(OH)4] + 3H2
2NaAIO2 + 2Na2O + 3H2
Оксид и гидроксид алюминия ведут себя похожим образом в
реакциях со щелочами, с той разницей что в результате этих реакций
не выделяется H2:
AI2O3 + 2NaOH (р-р) + 3H2O
AI(OH)3 + NaOH (р-р)
t°
2Na[AI(OH)4]
Na[AI(OH)4]
AI2O3 + 2NaOH (тв.)
t°
2NaAIO2 + H2O
AI(OH)3 + NaOH (тв.)
t°
NaAIO2 + 2H2O
Получение алюминия
В настоящий момент в промышленности алюминий получают исключительно электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита
(Na3[AIF6]):
2AI2O3
электролиз раствора
в расплаве криолита
4AI + 3O2
До изобретения этого способа единственным способом получения было
вытеснения алюминия из его безводного хлорида металлическим калием:
3K + AICI3 (тв.)
t°
3KCI + AI
Свойства средних солей алюминия
В зависимости от избытка или недостатка щелочи, растворы солей
алюминия могут давать либо гидроксид алюминия, либо его комплексную
соль:
AIСI3 + 3NaOH (нед.)
AI(OH)3 + 3NaCI
AIСI3 + 4NaOH (изб.)
Na[AI(OH)4] (р-р) + 3NaCI
По этой причине, лучшим способом осаждения гидроксида алюминия
является действие не щелочью, а водным раствором аммиака, поскольку в
его избытке гидроксид алюминия раствориться не способен:
AIСI3 + 3NH3 + 3H2O
6
AI(OH)3 + 3NH4CI
Химические свойства комплексных солей
(на примере соединений алюминия и цинка)
Na[AI(OH)4]
Na2[Zn(OH)4]
тетрагидроксоалюминат
натрия
тетрагидроксоцинкат
натрия
Особенности диссоциации комплексных солей
Na[AI(OH)4]
Na2[Zn(OH)4]
Na+ + [AI(OH)4]
2Na+ + [Zn(OH)4]
Для того, чтобы проще было представлять химические свойства этих
соединений условно их можно представлять так:
NaOH • AI(OH)3
и
2NaOH • Zn(OH)2
1. Взаимодействие с сильными кислотами
С избытком сильной кислоты:
Na[AI(OH)4] + 4HCI (изб.)
Na2[Zn(OH)4] + 4HCI (изб.)
NaCI + 4H2O + AICI3
2NaCI + 4H2O + ZnCI2
С недостатком сильной кислоты:
Na[AI(OH)4] + HCI (нед.)
Na2[Zn(OH)4] + 2HCI (нед.)
NaCI + 4H2O + AI(OH)3
2NaCI + 2H2O + Zn(OH)2
2. Действие CO2, SO2 на гидроксокомплексы Zn и AI
Действие СО2:
Na[AI(OH)4] + CO2 (изб.)
Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 (изб.)
7
NaHCO3 + AI(OH)3
2NaHCO3 + Zn(OH)2
Действие SО2:
Na[AI(OH)4] + SO2 (изб.)
Na2[Zn(OH)4] + 2SO2 (изб.)
NaHSO3 + AI(OH)3
2NaHSO3 + Zn(OH)2
3. Действие H2S на гидроксокомплексы Zn и AI
Действие H2S:
Na[AI(OH)4] + H2S (изб.)
NaHS + AI(OH)3 + H2O
Na2[Zn(OH)4] + 3H2S (изб.)
2NaHS + ZnS + 4H2O
4. Реакции, протекающие при упаривании растворов
гидроксокомплексных солей и последующем прокаливании
Na[AI(OH)4]
Na2[Zn(OH)4]
8
t°
2H2O + NaAIO2
t°
2H2O + Na2ZnO2
Скачать