Взаимодействие с простыми веществами

Большинство металлов непосредственно соединяется с кислородом. Активные металлы горят на воздухе, за исключением тех, что покрыты защитной пленкой (Be, Mg, Al), например:

4Li+O2=2Li2O

Металлы средней активности взаимодействуют с кислородом при нагревании, например:

2Fe+O2=2FeO

Малоактивные металлы (Ag, Au, Pt) не окисляются кислородом даже при нагревании.

Многие металлы активно взаимодействуют с серой, образуя сульфиды, например: Zn+S=ZnS

В атмосфере галогена фтора горят металлы: натрий, калий, кальций, магний, алюминий, даже золото и платина, если их нагреть до 300°С. При этом образуются фториды. Почти все металлы непосредственно соединяются с хлором, например, нагретый натрий сгорает в атмосфере хлора с образованием хлорида:

2Na+Cl2=2NaCl

Металлы реагируют с фосфором, образуя фосфиды, например:

3Mg+2P=Mg3P2

 

Взаимодействие металлов с водой

Металлы со стандартными электродными потенциалами меньше, чем –0,41В вытесняют водород из воды и образуют гидроксиды. Реакция идет до конца, если образующийся гидроксид растворим в воде (NaOH, KOH, Ba(OH)2 и т.д.), например:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Процесс является окислительно-восстановительным:

Са -2е = Са2+

2H2O + 2e- = H2 + 2OH-

Взаимодействие металлов с кислотами

Металлы, имеющие отрицательные стандартные электродные потенциалы, взаимодействуют с кислотами, анионы которых не обладают окислительными свойствами ( HCl, HBr, HI, H2SO4 разбавленная, H2CO3, H3PO4, CH3COOH, H2SO3, H2S и др.) с образованием соли и водорода, например:

Zn + 2HCl = ZnCl2 +H2

При этом окислителем является водород:

1 Zn – 2e = Zn2+ e ◦ = – 0,74В

1 2H + + 2e = H2 e◦ = + 0,00В

Zn + 2H += H2 + Zn2+

Zn + 2HCl = H2 + ZnCl2 .

Реакция идет до конца, если образуется растворимая в воде соль. Если продуктом реакции является мало- или нерастворимая соль, реакция дальше не идет.

Например, в разбавленной соляной кислоте свинец не растворяется, так как покрывается пленкой малорастворимого хлорида свинца PbCl2.

Если анион кислоты обладает более сильными окислительными свойствами, чем катион водорода (например, HNO3 и концентрированная H2SO4), то при взаимодействии с металлами окислителем является не водород, а кислотный остаток.

Например, в концентрированной серной кислоте окислителем является сульфат-ион. Концентрированная серная кислота растворяет почти все металлы независимо от положения их в ряду стандартных электродных потенциалов (кроме золота и платины). Металлы окисляются, образуя сульфаты. В зависимости от активности металлов получаются различные продукты восстановления:

 

активные металлы -2

H2S↑

 

+6 металлы средней

Me+H2SO4 активности S° ↓ + Men(SO4)m+H2O

конц.

малоактивные +4

металлы SO2

 

где m – количество сульфат-ионов,

n – количество атомов металла.

Например: взаимодействие цинка- металла средней активности (e°Zn/Zn2+ = – 0,74В) с концентрированной серной кислотой

3 Zn – 2e = Zn2+

1 SO42- + 8H+ + 6e = S + 4H2O

Zn + SO42- + 8H+ = 3Zn2+ + S + 4H2O

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O

 

Металлы, которые при взаимодействии с кислотой образуют нерастворимую соль, пассивируются. Например, концентрированная серная кислота пассивирует железо.

При взаимодействии металлов с азотной кислотой металлы окисляются с образованием нитратов. Окислителем выступает нитрат-ион. В зависимости от активности металла и концентрации кислоты продукты восстановления будут разные. Рассмотрим эти схемы взаимодействий.

1) Взаимодействие активных и малоактивных металлов с концентрированной HNO3

+4

Me + HNO3(конц.) → NO2 + Me (NO3)n + H2O,

где n – количество нитрат-ионов.

 

 

2) Взаимодействие металлов с разбавленной HNO3

 

активные металлы

N2°↑

 

+5 +1

Me + HNO3 металлы средней N2O ↑ + Me(NO3)n + H2O

разб. активности

 

+2

NO ↑

малоактивные

металлы

Например:

4 Zn – 2e = Zn2+

1 2NO3- +10H+ + 8e = N2O + 5H2O

4Zn + 2NO3- + 10H+ = 4Zn2+ + N2O + 5H2O

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O

 

3) Взаимодействие металлов с очень разбавленной HNO3

Me + HNO3 → NH4NO3 + Me(NO3)n + H2O

активный очень разбавленная

4) концентрированная азотная кислота не действует на железо, хром, алюминий, золото, платину, иридий, тантал, т.к. идет пассивация металлов.