Химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов

Научиться предсказывать, с какими веществами и как будут реагировать металлы, используя электрохимический ряд напряжений.

Понимание химических свойств металлов лежит в основе многих технологических процессов: от защиты металлов от коррозии до получения чистых металлов из руд. Знание ряда напряжений помогает инженерам и химикам выбирать материалы для конструкций, трубопроводов и электроники, а также объясняет, почему одни металлы ржавеют быстрее других.

• Все металлы — восстановители: в химических реакциях они отдают валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы.
• Способность металла отдавать электроны характеризуется его положением в электрохимическом ряду напряжений: чем левее металл, тем он более активен.
• Металлы реагируют с неметаллами (кислород, галогены, сера) с образованием бинарных соединений: оксидов, галогенидов, сульфидов.
• Щелочные и щелочноземельные металлы при комнатной температуре активно взаимодействуют с водой, образуя щелочи и водород.
• Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной).
• Металл, стоящий левее в ряду напряжений, вытесняет металл, стоящий правее, из растворов его солей.
• Реакции замещения с участием металлов протекают только в том случае, если выполняются условия ряда напряжений.
• Активные металлы (Li, K, Ca, Na) реагируют с водой, а не с растворами кислот, так как реакция с водой идет быстрее и может быть опасной.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Ряд металлов, расположенных в порядке возрастания их восстановительной способности (способности отдавать электроны). Чем левее металл, тем он более активен.

Восстановитель

Вещество, которое в химической реакции отдает электроны, при этом само окисляется.

Окисление

Процесс отдачи электронов атомом, ионом или молекулой.

Реакция замещения

Реакция, в которой атом простого вещества замещает атом элемента в сложном веществе.

Коррозия

Самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды (например, ржавление железа).

• Электрохимический ряд напряжений (фрагмент): Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au.
• Металлы, стоящие в ряду до водорода (H2), вытесняют водород из растворов кислот (HCl, H2SO4 разб.). Например: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑.
• Металлы, стоящие после водорода (Cu, Hg, Ag, Au), с растворами кислот (не окислителей) не реагируют.
• Щелочные и щелочноземельные металлы (Li, Na, K, Ca) реагируют с водой при обычных условиях, образуя щелочь и водород: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑.
• Металлы средней активности (Mg, Al, Zn, Fe) реагируют с водой только при нагревании, образуя оксид и водород (например, Zn + H2O → ZnO + H2↑ при нагревании).
• Металлы, стоящие левее, вытесняют металлы, стоящие правее, из растворов их солей: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.
• Азотная кислота (HNO3) и концентрированная серная (H2SO4) реагируют с металлами иначе: выделяется не водород, а продукты восстановления кислоты (NO2, NO, SO2 и др.).

1. Пример 1реакция
   • Железный гвоздь, опущенный в раствор медного купороса, покрывается красным налетом меди: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
2. Пример 2реакция
   • Кусочек натрия, брошенный в воду, бегает по поверхности, шипит и выделяет водород: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
3. Пример 3реакция

   Цинковая пластинка в соляной кислоте пузырится

   Уравнения

   • выделяется водород: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
4. Пример 4случай
   • Медная монета в соляной кислоте не изменяется, потому что медь стоит после водорода и не вытесняет его из кислоты

• Самый активный металл — литий (Li), хотя обычно все думают, что это калий или натрий. Литий стоит в ряду напряжений левее всех, поэтому он самый сильный восстановитель.
• Золото (Au) — один из самых неактивных металлов, поэтому оно встречается в природе в самородном виде и не ржавеет даже в агрессивных средах.
• Алюминий (Al) — активный металл, но его оксидная пленка защищает его от дальнейшего окисления, поэтому алюминиевая посуда не разрушается в воде.

• Щелочные металлы (Li, Na, K) хранят под слоем керосина, так как они бурно реагируют с водой и кислородом воздуха.
• При работе с кислотами и щелочами необходимо использовать защитные очки и перчатки, так как они вызывают химические ожоги.
• Реакции активных металлов с водой могут сопровождаться разбрызгиванием щелочи и выделением горючего водорода — проводить их можно только в малых количествах и под наблюдением учителя.

• Строение атомов металлов (тема 1, 8 класс)
• Химические свойства оксидов и кислот (тема 8 класс)
• Электролитическая диссоциация (тема 9 класс, урок 39)
• Коррозия металлов (тема 9 класс, урок 45)