Что такое металлы и как их узнать
Металлы — элементы, атомы которых легко отдают электроны. В периодической таблице они занимают левую и нижнюю часть, неметаллы стоят справа вверху. На внешнем уровне у металлов обычно 1–3 электрона, поэтому в реакциях они всегда восстановители: Na⁰ − 1e → Na⁺. Почему так получается, объясняют темы строение атома и периодический закон.
Общие физические свойства: металлический блеск, пластичность, электро- и теплопроводность. Ртуть при обычных условиях жидкая, остальные металлы твёрдые.
В школьном курсе металлы делят по положению в таблице:
- щелочные (Li, Na, K) и щёлочноземельные (Ca, Ba) металлы;
- алюминий;
- переходные металлы — элементы побочных подгрупп: Cr, Fe, Cu, Zn и другие.
Отдельно в быту и технике говорят о чёрных и цветных металлах. К чёрным металлам относят железо и его сплавы: чугун и сталь. Остальные металлы называют цветными.
Ряд активности металлов: что с ним делать
Ряд активности: Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Чем левее металл, тем активнее он отдаёт электроны. По ряду проверяют четыре вещи:
- Металлы левее водорода вытесняют H₂ из кислот вроде HCl и разбавленной H₂SO₄: Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑.
- Более активный металл вытесняет менее активный из раствора соли: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu.
- Щелочные и щёлочноземельные металлы реагируют с водой: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑. Поэтому из раствора соли они медь не вытеснят: сначала пойдёт реакция с водой.
- Азотная и концентрированная серная кислоты действуют иначе: водород не выделяется, а с ними реагируют даже Cu и Ag.
Как решить задание про медь и азотную кислоту
Условие: закончить уравнение Cu + HNO₃(конц.) → ...
- Медь стоит правее водорода, но азотная кислота окисляет её за счёт азота N⁺⁵, поэтому реакция идёт, а водорода среди продуктов не будет.
- Кислота концентрированная, значит, азот восстанавливается до NO₂. Продукты: соль Cu(NO₃)₂, газ NO₂ и вода.
- Считаем электроны. Cu⁰ − 2e → Cu²⁺, а N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴. На один атом меди нужно два атома азота, которые уходят в NO₂.
- В соли ещё два нитрат-иона, поэтому кислоты нужно 2 + 2 = 4 молекулы.
Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
Проверка по кислороду: слева 12 атомов, справа 6 + 4 + 2 = 12.
С разбавленной кислотой продукт другой, это NO: 3Cu + 8HNO₃(разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O. Такие уравнения строятся на окислительно-восстановительных реакциях.
Алюминий, хром и железо: особые случаи
Алюминий амфотерен, поэтому реагирует и с кислотами, и со щелочами. В растворе щёлочи получается комплексная соль:
2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑
Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]
Al₂(SO₄)₃ + 6KOH = 2Al(OH)₃↓ + 3K₂SO₄. Если щёлочи взять в избытке, осадок растворится. О том, какие вещества амфотерны, читай в теме классы неорганических соединений.
Хром имеет степени окисления +2, +3 и +6. В ряду CrO — Cr₂O₃ — CrO₃ оксиды меняются от основного к амфотерному и кислотному: кислотные свойства усиливаются с ростом степени окисления.
Железо даёт соединения Fe²⁺ и Fe³⁺. Слабые окислители (HCl, сера, соли меди) переводят его в +2: Fe + S = FeS. Сильный окислитель хлор даёт +3: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃. Гидроксид Fe(OH)₂ на воздухе окисляется до Fe(OH)₃.
Холодные концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ пассивируют Al, Fe и Cr: на поверхности образуется оксидная плёнка, и реакция почти не идёт.
Где ошибаются чаще всего
- Пишут водород в реакции металла с азотной кислотой. H₂ не выделяется, продукты содержат азот: NO₂, NO и другие.
- Железо с соляной кислотой дают FeCl₃. Правильно FeCl₂: HCl окисляет железо только до +2.
- Забывают воду в реакции алюминия со щёлочью в растворе. Без воды комплексную соль Na[Al(OH)₄] получить нельзя.
- Вытесняют медь из раствора CuSO₄ натрием или калием. Они сначала реагируют с водой, так что в растворе вытеснения не будет.
- Путают свойства оксидов хрома. Запомни: CrO основный, Cr₂O₃ амфотерный, CrO₃ кислотный.
Какие задания по металлам присылают ученики
На странице 13 заданий для 9 класса. Это соответствия для алюминия, меди, хрома и железа, цепочки превращений вроде K → K₂O → KOH → KCl, характеристика калия по плану, вопросы про степени окисления хрома и про переходные металлы.
Найди в списке выше задание со своим металлом и посмотри ход решения. Если нужного нет, сфотографируй своё задание и получи решение с пояснениями. Для цепочек пригодится ещё тема электролитическая диссоциация: по ней пишут ионные уравнения.