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.