Теория к вопросу №6 ЕГЭ 2018

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

По химическим свойствам металлы подразделяют на:

1)Активные (щелочные и щелчноземельные металлы, Mg, Al, Zn и др.)

2) Металлы средней активности (Fe, Cr, Mn и др.) ;

3)Малоактивные (Cu, Ag)

4) Благородные металлы – Au, Pt, Pd и др.

В реакциях - только восстановители. Атомы металлов легко отдают электроны внешнего (а некоторые – и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Возможные степени окисления Ме

Низшая 0,+1,+2,+3

Высшая +4,+5,+6,+7,+8

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

С ВОДОРОДОМ

Реагируют при нагревании металлы IA и IIA группы, кроме бериллия. Образуются твёрдые нестойкие вещества гидриды, остальные металлы не реагируют.

2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)

Ca + H₂ = CaH₂

2.С КИСЛОРОДОМ → Реагируют все металлы, кроме золота, платины.

Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив.

Щелочные металлы при нормальных условиях образуют оксиды, пероксиды, надпероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид) 4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

Остальные металлы главных подрупп при нормальных условиях образуют оксиды со степенью окисления, равной номеру группы

2Сa+O2=2СaO

Металлы побочных подрупп образуют оксиды при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а железо железную окалину

Fe3O4 (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный)

2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный );

2Zn + O₂ = ZnO

4Cr + 3О2 = 2Cr2О3

3. С ГАЛОГЕНАМИ – галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды).

Щелочные при нормальных условиях с F, Cl , Br воспламеняются:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:

Сa+Cl2=СaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂

Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (+3)

2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (+2)!)

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СЕРОЙ

при нагревании даже у щелочных металлов, с ртутью при нормальных условиях. Реагируют все металлы, кроме золота и платины. с серой – сульфиды:

2K + S = K2S

2Li+S = Li2S (сульфид)

Сa+S = СaS (сульфид)

2Al+3S = Al2S3

Cu + S = Cu⁺²S (чѐрный)

Zn + S = ZnS

2Cr + 3S = Cr2⁺³S3

Fe + S = Fe⁺²S

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ФОСФОРОМ И АЗОТОМ

протекает при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :

с фосфором – фосфиды:

3Ca + 2P =Са3P2,

С азотом – нитриды

6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

2Al + N2 = 2A1N

2Cr + N2 = 2CrN

3Fe + N2 = Fe₃⁺²N₂¯³

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С УГЛЕРОДОМ И КРЕМНИЕМ

протекает при нагревании:

С углеродом образуются карбиды С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. Из щелочных металлов карбиды образуют литий и натрий, калий, рубидий, цезий не взаимодействуют с углеродом :

2Li + 2C = Li2C2,

Са + 2С = СаС2

Металлы – d-элементы образуют с углеродом соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей.

с кремнием – силициды:

4Cs + Si = Cs4Si,

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ:

С водой реагируют металлы, стоящие до водорода в электрохимическом ряду напряжений

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой без нагревания , образуя растворимые гидроксиды( щелочи ) и водород,

алюминий (после разрушения оксидной пленки - амальгирование),

магний при нагревании, образуют нерастворимые основания и водород.

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑

Сa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2↑

2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2↑

Остальные металлы реагируют с водой только в раскаленном состоянии , образуя оксиды (железо – железную окалину)

Zn + Н2O = ZnO + H2 ↑

3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2↑

2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂↑

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С КИСЛОРОДОМ И ВОДОЙ

На воздухе железо и хром легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ

(оксидами неметаллов и менее активных металлов) Металлы (Al, Mg,Са ), восстанавливают при высокой температуре неметаллы или менее активные металлы из их оксидов → неметалл или малоактивный металл и оксид (кальцийтермия, магнийтермия, алюминотермия)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C)

8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (термит)

2Mg + CО2 = 2MgO + С

Mg + N2O = MgO + N2↑

Zn + CО2 = ZnO+ CO

2Cu + 2NO = 2CuO + N2

3Zn + SО2 = ZnS + 2ZnO

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ОКСИДАМИ

Металлы железо и хром реагируют со оксидами, уменьшая степень окисления

Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O

Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

РЕАКЦИИ С СОЛЯМИ

Активные металлы вытесняют из солей менее активные. Восстановление из растворов: CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu

FeSO4 + Cu =

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 + Сu

Восстановление металлов из расплавов их солей

3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al

TiCl2 + 2Mg = MgCl2 +Ti

Металлы групп В реагируют с солями, понижая степень окисления.

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2

7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ СО ЩЕЛОЧАМИ

Со щелочами взаимодействуют только те металлы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) и др.

РАСПЛАВ → соль металла + водород.

2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2↑ (цинкат натрия)

2Al + 2(NaOH · H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
РАСТВОР → комплексная соль металла + водород.

2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2[Zn+2(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)

2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА неметаллов

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Восстановливает оксиды металлов (неактивных) и неметаллов до простых веществ: CuO + H₂ = Cu + H₂O

2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

SiO₂ + H₂ = Si + H₂O

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

С кислотами не реагирует

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С щелочами не реагирует

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Восстанавливает малоактивные металлы из солей :

CuCl₂ + H₂ = Cu + 2HCl

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С щелочными металлами при нормальных условиях – оксиды и пероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

С остальными металлами главных подрупп при нормальных условиях образует оксиды со степенью окисления, равной номеру группы

2Сa+O2=2СaO

4Al + O2 = 2Al2O3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С металлами побочных подгрупп образует при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а с железом железную окалину

Fe3O4 (FeO∙Fe2O3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный);

2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный );

2Zn + O₂ = ZnO

4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

С водой не реагирует

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Окисляет низшие оксиды до оксидов с более высокой степенью окисления:

Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3;

C⁺²O + O2 = C⁺⁴O2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода

2H2S + O2 = 2S + 2H2O

2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

В кислородсодержащих повышает степень окисления неметалла.

2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺⁵O3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

– образуют галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды).

С щелочными при нормальных условиях,

с F, Cl, Br воспламеняются:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:

Сa+Cl2=СaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (II)!)

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (III)

Фтор реагирует с металлами (часто со взрывом), включая золото и платину.

2Au + 3F₂ = 2AuF 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

Фтор при нормальных условиях образует плавиковую кислоту + О₂

2F2 + 2H2O → 4НF + О2↑

Хлор при повышении температуры образует хлороводородную кислоту + О₂,

2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂↑

при н.у. - «хлорная вода»

Сl2↑ + Н2О ↔ НСl + НСlO (хлороводородная и хлорноватистая кислоты)

Бром при нормальных условиях образует «бромную воду»

Br2 + Н2О ↔ НBr + HBrО (бромоводородная и бромноватистая кислоты)

Йод →реакция не идет

I2 + H₂O ≠

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Вытеснение менее активные галогены из солей 2KBr + Cl2↑ → 2KCl + Br2↑
2KCl + Br2↑ ≠
2KCl + F2↑→ 2KF + Cl2↑
2KBr + J2↑≠

Окисляют в солях неметаллы до более высокой степени окисления

2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl3‾¹

Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰↑ + 2H2O →Na2S⁺⁶O4 + 2HBr

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИреагирует при нагревании даже с щелочными металлами, с ртутью при нормальных условиях:

с серой – сульфиды:

2K + S = K2S

2Cr + 3S = Cr2⁺³S3

Fe + S = Fe⁺²S

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Окисляется серной кислотой при нагревании до сернистого газа и воды и азотной кислотой

S + 2H2SO4 (конц) = 2H2O + 3S⁺⁴O2
Азотной кислотой при нагревании до серной кислоты, оксида азота (+4) и воды S + 6HNO3(конц) =H2SO4 + 6N⁺⁴O2 + 2H2O

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

При нагревании образует сульфит, сульфид + вода

3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) : С азотом – нитриды

6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

2Cr + N2 = 2CrN

У железа в данных соединениях степень окисления +2

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании с фосфором – фосфиды:

3Ca + 2P =K3P2,

У железа в данных соединениях степень окисления +2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Взаимодействует с серной и азотной кислотой С концентрированной азотной кислотой оксид азота (+4), с разбавленной оксид азота (+2) и фосфорная кислота

3P + 5HNO₃(конц) =3H₃PO₄ + 5N⁺⁴O₂↑

3P + 5HNO₃ + 2H₂O =3H₃PO₄ + 5N⁺²O↑

С концентрированной серной кислотой образуется фосфорная кислота, оксид серы (+4) и вода

3P + 5H₂SO₄(конц.) =3H₃PO₄ + 5S⁺⁴O₂↑+ 2H₂O

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С растворами щелочей образует фосфин и гипофосфит

4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H₃ + 3NaH₂P⁺¹O₂ (гипофосфит натрия)

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

С сильными окислителями, проявляя восстановительные свойства

3P⁰ + 5NaN⁺⁵O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P₂⁺⁵O₅

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

- реакции протекают при нагревании: с углеродом карбиды 2Li + 2C = Li2C2,