Вода плюс металл: Химические свойства металлов — с чем реагируют? Свойства и таблица

Химические свойства металлов — с чем реагируют? Свойства и таблица

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

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

• оксид образует только литий

  4Li + O₂ = 2Li₂O

• натрий образует пероксид

  2Na + O₂ = Na₂O₂

• калий, рубидий и цезий — надпероксид

  K + O₂ = KO₂

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Mg + O₂ = 2MgO

2Al + O₂ = Al₂O₃

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

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

4Fe + 3O_{2 (воздух)} + 6H₂O_(влага) = 4Fe(OH)₃

С галогенами металлы образуют галогениды:

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Mg + Cl₂ = MgCl₂

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃

Zn + Cl₂ =ZnCl₂

2Cr + 3Cl₂ = 2CrCl₃

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

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Cu + Br₂ = CuBr₂

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

2Na + H₂ = 2NaH

Ca + H₂ +СaH₂

Zn + H₂ =ZnH₂

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

2K + S = K₂S

Сa + S = CaS

2Al + 3S = Al₂S₃

2Cr + 3S = Cr₂S₃

Cu +S = CuS

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

3K + P = K₃P

3Mg + 2P = Mg₃P₂

3Zn + 2P = Zn₃P₂

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

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

2Li + 2C = Li₂C₂

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

Ca + 2C = CaC₂

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

6Li + N₂ = 2Li₃N

3Mg + N₂ = Mg₃N₂

2Al + N₂ = 2AlN

2Cr + N₂ = 2CrN

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется h3. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

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

Cr + H₂O = Cr₂O₃ + H₂

Zn + H₂O = ZnO + H₂

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:

2K + H₂SO_{4 (раствор)} = K₂SO₄ + H₂

8K + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4K₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

8Na + 10HNO_{3 (раствор)} = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

3Na + 4HNO_{3 (конц)} = 3NaNO₃ + NO + 2H₂О

Металлы IIА группы

Mg + H₂SO_{4 (раствор)} = MgSO₄ + H₂

4Mg + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

Mg+ 4HNO_{3 (конц)} = Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

4Mg + 10HNO_{3 (раствор)} = 4Mg(NO₃)₂ + 2N₂O + 5H₂O

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:

2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂

Взаимодействие с органическими веществами

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

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂

2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂

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.

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe (алюмотермия)

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

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Вопросы для самоконтроля

1. С чем реагируют неактивные металлы?

2. С чем связаны восстановительные свойства металлов?

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

4. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

   Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + Nh5NO3 + Н2O

5. 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.

Таблица «Химические свойства металлов»

Алюминий и его реакция с водой

[Deposit Photos]

Впервые алюминий был получен лишь в начале XIX века. Cделал это физик Ганс Эрстед. Свой эксперимент он проводил с амальгамой калия, хлоридом алюминия и ртутью.

Кстати, название этого серебристого материала произошло от латинского слова «квасцы», потому что именно из них добывается этот элемент.

Квасцы

[Wikimedia]

Квасцы – это природные минералы на основе металлов, которые объединяют в своем составе соли серной кислоты.

Раньше алюминий считался драгоценным металлом и стоил на порядок дороже, чем золото. Объяснялось это тем, что металл было довольно сложно отделить от примесей. Так что позволить себе украшения из алюминия могли только богатые и влиятельные люди.

Японское украшение из алюминия

[Wikimedia]

Но в 1886 году Чарльз Холл придумал метод по добыче алюминия в промышленном масштабе, что резко удешевило этот металл и позволило применять его в металлургическом производстве. Промышленный метод заключался в электролизе расплава криолита, в котором растворен оксид алюминия.

Алюминий — очень востребованный металл, ведь именно из него изготавливаются многие вещи, которыми человек пользуется в быту.

Применение алюминия

Благодаря ковкости и легкости, а также защищенности от коррозии, алюминий является ценным металлом в современной промышленности. Из алюминия изготавливают не только кухонную посуду — он широко используется в авто- и авиастроительстве.

Также алюминий является одним из самых недорогих и экономичных материалов, так как его можно использовать бесконечно, переплавляя ненужные алюминиевые предметы, например, банки.

Алюминиевые банки

[Deposit Photos]

Металлический алюминий безопасен, но его соединения могут оказывать токсическое действие на человека и животных (особенно хлорид, ацетат и сульфат алюминия).

Физические свойства алюминия

Алюминий — достаточно легкий металл серебристого цвета, который может образовывать сплавы с большинством металлов, особенно с медью, магнием и кремнием. Также он весьма пластичен, его без труда можно превратить в тонкую пластинку или же фольгу. Температура плавления алюминия = 660 °C, а температура кипения — 2470 °C.

Химические свойства алюминия

При комнатной температуре металл покрывается прочной пленкой оксида алюминия Al₂O₃, которая защищает его от коррозии.

С окислителями алюминий практически не реагирует из-за защищающей его оксидной пленки. Однако ее можно легко разрушить, чтобы металл проявил активные восстановительные свойства. Разрушить оксидную пленку алюминия можно раствором или расплавом щелочей, кислотами или же с помощью хлорида ртути.

Благодаря восстановительным свойствам алюминий нашел применение в промышленности — для получения других металлов. Этот процесс называется алюмотермией. Такая особенность алюминия заключается во взаимодействии с оксидами других металлов.

Алюмотермическая реакция с участием оксида железа (III)

[Wikimedia]

Например, рассмотрим реакцию с оксидом хрома:

Cr₂O₃ + Al = Al₂O₃ + Cr.

Алюминий хорошо вступает в реакцию с простыми веществами. Например, с галогенами (за исключением фтора) алюминий может образовать иодид, хлорид, или бромид алюминия:

2Al + 3Cl₂ → 2Al­Cl₃

С другими неметаллами, такими как фтор, сера, азот, углерод и т.д. алюминий может реагировать только при нагревании.

Также серебристый металл вступает в реакцию и со сложными химическими веществами.
Например, с щелочами он образует алюминаты, то есть комплексные соединения, которые активно используются в бумажной и текстильной промышленности. Причем в реакцию вступает как гидроксид алюминия

Al(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]),

так и металлический алюминий или же оксид алюминия:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + ЗН₂.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

С агрессивными кислотами (например, с серной и соляной) алюминий реагирует довольно спокойно, без воспламенения.

Если опустить кусочек металла в соляную кислоту, то пойдет медленная реакция — сначала будет растворяться оксидная пленка — но затем она ускорится. Алюминий растворяется в соляной кислоте с выделением водорода. В результате реакции получается хлорид алюминия:

Al₂O₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂O

2Al + 6HCl → 2Al­Cl₃ + 3H₂.

Хлорид алюминия

[Wikimedia]

Здесь вы найдете интересные опыты на изучение химических свойств металлов.

Реакция алюминия с водой

Если опустить алюминиевую стружку в обычную воду, ничего не произойдет, потому что алюминий защищен оксидной пленкой, которая не дает этому металлу вступить в реакцию.

Только сняв защитную пленку хлоридом ртути, можно получить результат. Для этого металл нужно вымачивать в растворе хлорида ртути на протяжении двух минут, а затем хорошо его промыть. В результате получится амальгама, сплав ртути и алюминия:

3Hg­CI₂ + 2Al = 2Al­CI₃ + 3Hg

Причем она не удерживается на поверхности металла. Теперь, опустив очищенный металл в воду, можно наблюдать медленную реакцию, которая сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида алюминия:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂.

реакции между металлами и водой или паром

Обратите внимание, что с магнием не происходит никакой реакции.

Что происходит с магнием, так это то, что небольшая начальная реакция покрывает его поверхность очень тонким слоем нерастворимого гидроксида магния, и это останавливает дальнейшее попадание воды на магний.

Если вы поместите небольшую, но очень чистую спираль магния в воду и оставите ее на полчаса или около того, на поверхности образуются пузырьки водорода, которые часто всплывают на поверхность магния.

Реакция магния с водяным паром

Однако

Магний сгорает в паре с образованием оксида магния и водорода. При этих более высоких температурах вы получаете оксид магния, а не гидроксид магния. Это также относится к другим металлам, которые нам нужно будет вводить в реакцию с паром.

Следующий фрагмент видео показывает кипящую трубку со спиралью из магниевой ленты внутри. На дне трубки находится смоченный в воде комок минеральной ваты.

Магний нагревают до тех пор, пока он не начнет реагировать, а затем перемещают тепло для получения большого количества пара.

Реакции других металлов из ряда реактивности

Если они вообще собираются реагировать, эти металлы должны быть сильно нагреты в паре. В школьной лаборатории обычная единица оборудования:

.

Металл сильно нагревается, тепло уходит обратно по трубке и превращает воду в минеральной вате в пар. Время от времени вы можете поместить бунзеновскую трубку обратно под минеральную вату на несколько секунд, чтобы увеличить поток пара.

Важно понимать, что просто появления нескольких пузырьков в собирающей трубке недостаточно, чтобы показать, что водород производится. Пар вытеснит весь воздух, который изначально был в трубке, в сборную трубку.

Это означает, что вы должны собрать почти полную пробирку газа, независимо от того, будет реакция или нет.

Но если вы соберете больше, чем пробирка газа, то должен быть произведен водород. И, конечно же, вы можете проверить это с помощью зажженной шины, когда она издаст небольшой щелчок.

В конце эксперимента необходимо вынуть подающую трубку из воды до того, как вы прекратите нагрев, иначе вы рискуете засосать холодную воду обратно в очень горячую трубку. Он треснет — иногда сильно!

Результаты

Можно было бы ожидать, что алюминий будет довольно реактивным, учитывая его положение в ряду реактивности, но это не так. Алюминий имеет очень тонкий, но очень прочный слой оксида алюминия на поверхности, что замедляет его реакции.

Даже если вы используете алюминиевый порошок, вы получите медленное производство водорода. Также образуется белый оксид алюминия.

2Al + 3H ₂ O     Al ₂ O ₃ + 3H ₂

Цинк и Железо ведут себя именно так, как и следовало ожидать, давая хороший поток водорода.

Образуется оксид цинка, который имеет желтый цвет в горячем состоянии и белый при охлаждении.

Zn + H ₂ O ZnO + H ₂

Железо имеет три разных оксида, и тот, который образуется при пропускании над ним пара или при сжигании на воздухе, представляет собой черный оксид Fe ₃ O ₄ . Название описывает формулу триоксида железа — три железа и четыре кислорода.

3Fe + 4H ₂ O     Fe ₃ O ₄ + 4H ₂

Свинец — еще один неудобный. Он находится чуть выше водорода в ряду реактивности, поэтому можно ожидать медленной реакции. По факту никакой реакции.

Технически он стоит выше водорода в ряду реактивности, но за исключением единственной реакции с концентрированной соляной кислотой, которую вы встретите на следующей странице в этой последовательности, для большинства целей вы можете считать свинец в ряду ниже водорода. .

На самом деле, большинство современных учебных программ вообще не включают свинец в ряд реактивности, чтобы избежать этой проблемы. Если вы готовитесь к экзамену, проверьте свою программу, чтобы узнать, что вам нужно знать о свинце. Если нет, просто игнорируйте!

Если вы изучаете учебный план в Великобритании, вы можете найти ссылки на веб-сайты экзаменационных комиссий, где вы можете загрузить копию своего учебного плана и другие полезные материалы, на странице об этой части Chemguide.

Металлы ниже водорода в ряду реактивности не реагируют с паром.

Сводка

Металлы от кальция и выше

Они энергично реагируют (и тем более энергично, чем выше вы поднимаетесь в ряду) с холодной водой с образованием гидроксида металла и водорода.

Металлы от магния до железа

Они реагируют с паром с образованием оксида металла и водорода. Помните, что реакция алюминия идет намного медленнее, чем можно было бы ожидать, из-за его стабильного оксидного покрытия.

Металлы ниже уровня водорода

Не вступают в реакцию с водой ни при каких условиях.

Учебное пособие по химии реакций металл-вода

Учебное пособие по химии реакций металл-вода

Ключевые понятия

• Не все металлы реагируют с водой.
• Металлы, реагирующие с водой, образуют гидроксид металла и газообразный водород:
  

  металл + вода → гидроксид металла + газообразный водород

• Легкость, с которой реагирует металл, называется его активностью.
  

  Более активный металл легче реагирует с водой, чем менее активный металл.

• В целом металлы группы 1 (IA или щелочные) и группы 2 (IIA или щелочноземельные) более активны, чем переходные металлы.
• Серебро, золото и платина не являются активными металлами. Они известны как благородные металлы ¹ (или как неактивные металлы).

Реакции некоторых обычных металлов с водой

Возможная реакция Условия реакции Деятельность металл + вода → гидроксид металла + газообразный водород 2Ли + 2Н 2 О → 2LiOH + H 2 Быстрая реакция при комнатной температуре. самый активный 2К + 2Н 2 О → 2KOH + H 2 Быстрая реакция при комнатной температуре. ↓ Ба + 2Н 2 О → Ва(ОН) 2 + Н 2 Быстрая реакция при комнатной температуре. ↓ Ка + 2Н 2 О → Са(ОН) 2 + Н 2 Быстрая реакция при комнатной температуре. ↓ 2На + 2Н 2 О → 2NaOH + H 2 Быстрая реакция при комнатной температуре. ↓ мг + 2Н 2 О → Mg(OH) 2 + H 2 Реагирует с паром при высокой температуре. ↓ 2Al + 6Н 2 О → 2Al(OH) 3 + 3H 2 Реагирует с паром при высокой температуре. ↓ Цинк + 2Н 2 О → Zn(OH) 2 + H 2 Реагирует с паром при высокой температуре. ↓ Fe + 2Н 2 О → Fe(OH) 2 * + H 2 Реагирует с паром при высокой температуре. ↓ Сн + 2Н 2 О → Sn(OH) 2 * + H 2 Нет реакции даже при нагревании. ↓ Пб + 2Н 2 О → Pb(ОН) 2 * + Н 2 Нет реакции даже при нагревании. ↓ Медь + 2Н 2 О → Cu(OH) 2 * + H 2 Нет реакции даже при нагревании. ↓ 2Ag + 2Н 2 О → 2AgOH + H 2 Нет реакции даже при нагревании. ↓ 2Au (с) + 2Н 2 О → 2AuOH* + H 2 Нет реакции даже при нагревании. наименее активный

* возможны соединения с другими формулами.

Пример 1

Вопрос: Небольшой кусочек чистого рубидия помещают в стакан с водой комнатной температуры.
905:34 Немедленно рубидий начинает вращаться в воде, выпуская пузырьки газа.

В течение короткого времени видно явное пламя и слышен щелчок.

Вы бы описали рубидий как очень активный металл, умеренно активный металл или благородный (неактивный) металл?

Ответ: Реакция между рубидием и водой протекает быстро при комнатной температуре.

Описание этой реакции аналогично описанию для других очень активных металлов, таких как натрий или калий.

Таким образом, рубидий является очень активным металлом.

Пример 2

Вопрос: Считается, что образец серебристого неизвестного металла представляет собой либо магний, либо серебро.

Когда чистый кусок образца помещают в воду, явной реакции не происходит.

Когда чистый кусок образца помещается рядом с горячим паром, на поверхности образца начинает появляться белое вещество.

Является ли образец, скорее всего, серебром или магнием?

Ответ: Магний является более активным металлом, чем серебро.

Магний будет реагировать с паром при высоких температурах, но серебро не будет реагировать в этих условиях.