Выполнение лабораторной работы

K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, H⁺, Cu²⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Pt²⁺, Au³⁺

Выводы:

¨ Чем левее расположен металл, тем он химически более активен и обладает большей восстановительной способностью;

¨ Все металлы, расположенные левее водорода, вытесняют его из большинства разбавленных кислот;

¨ Каждый металл способен вытеснять из солей все другие металлы, расположенные в ряду напряжений правее его.

Металлы как восстановители могут вступать в реакции с различными окислителями: с простыми веществами (кислородом, хлором, серой, углеродом и др.), образуя соответственно оксиды, хлориды, сульфиды и карбиды; с кислотами; с солями других металлов. Для ознакомления с химическими свойствами металлов обратитесь к табл. 1.

Таблица 1

Химическая активность металлов

Свойство металлов	K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Cr Ni Sn Pb	Cu Hg Ag	Pt Au
Нахождение в природе	Только в виде соединений	В виде соединений и в свободном состоянии	В свободном состоянии
Промышл. способы получения	Электролиз расплавов	Восстановление (C, Al) или электролиз растворов	Выплавка из руды
Окисляемость кислородом	Очень быстрая	Окисление при н.у.	Окисление при нагревании	Не окисляются
Отношение к воде	Вытесняют Н2 из воды при н.у.	Вытесняют Н2 из воды при нагревании	Не реагируют с водой
Отношение к кислотам	Реагируют с разб. и. конц. кислотами, выделяя Н2 или другие продукты восстановления кислот и образуя соль	Окисляются конц. кислотами–окислителями	Не окисляются конц. кислотами–окислителями

 

Взаимодействие металлов с разбавленной и концентрированной азотной кислотой. В азотной кислоте окислителем является нитрат–анион NO₃^–. Характерная особенность азотной кислоты состоит в том, что при её действии на металлы не происходит выделения газообразного водорода. Дело в том, что азотная кислота, являясь сильным окислителем, способна восстанавливаться в водном растворе (особенно под действием света): 2HNO₃ = =2NO₂ + H₂O + ½ O₂. Поэтому водород, который мог бы выделиться из азотной кислоты при действии на неё металла, окисляется в воду образующимся атомарным кислородом. При восстановлении нитрат–аниона степень окисления азота уменьшается с +5 до +4, +3, +2, +1, 0, –3. При этом образуются различные оксиды азота. Степень окисления азота также зависит от концентрации кислоты и активности металла, например:

 

Активность металла	Концентрация кислоты	Продукт восстановления
Высокая (Ео<0,5)	Разбавленная	N2O
Средняя (0.5<Eo<0)	Разбавленная	NO, N2
Низкая (Eo>0)	Очень разбавленная	NH3, NO
Любая (0<Eo, Eo<0)	Концентрированная	NO2

 

Выполнение лабораторной работы

 

1. Взаимодействие металла с солями.

Взять три пробирки, в каждую из которых опустить по кусочку цинка. В первую пробирку на ¼ объема прилить раствора хлорида железа (III), во вторую – сульфата меди, в третью – нитрата свинца. Что происходит на поверхности цинка? Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, указать процессы окисления и восстановления, используя ряд напряжений металлов и таблицу 2.

 

2. Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой.

В одну пробирку поместите кусочек железа, в другую – цинка, в третью – меди и прибавьте немного разбавленной серной кислоты. Объясните и опишите происходящие явления. Составить уравнения происходящих реакций в молекулярной и ионной формах, указать процессы окисления и восстановления.

 

3. Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой

В одну пробирку поместить кусочек цинка, в другую – меди. Добавить в пробирки на ¼ от объёма концентрированной серной кислоты и осторожно (обязательно под тягой!) нагреть на спиртовке. Какие вещества получаются в каждом случае? Составить молекулярные уравнения, указать процессы окисления и восстановления в каждом случае, подобрать коэффициенты путём составления электронного баланса.

 

4. Взаимодействие меди с азотной кислотой

В две пробирки опустить по одному кусочку меди. В одну пробирку добавить ¼ разбавленной азотной кислоты, в другую столько же – концентрированной. Опыт производить под тягой!. Определить, какие продукты получаются. Написать уравнения для процессов окисления–восстановления и суммарное уравнение реакций, подобрать коэффициенты.

5. Взаимодействие магния с водой

Кусочек магниевой ленты очистить наждачной бумагой от налета оксида. В пробирку прилить ¼ дистиллированной воды и опустить в неё магний. Идёт ли реакция при комнатной температуре? Добавить в пробирку 2-3 капли фенолфталеина и осторожно нагреть её. Что наблюдается? Составить реакцию в молекулярной и ионной формах, выделить процессы окисления–восстановления.

 

Контрольные вопросы и упражнения.

 

1. Никелевые пластинки опущены в водные растворы хлорида железа (III) и хлорида меди (II). В каком случае протекает растворение никеля? Составить уравнения молекулярных и ионных реакций.

2. Возможно ли растворение меди в соляной, серной и азотной кислотах? Написать уравнения возможных реакций, указать окислительно-восстановительные процессы.

3. Какие металлы растворяются в разбавленной серной кислоте: железо, олово, висмут, платина? Ответ мотивировать составлением реакций, используя ряд напряжений металлов.