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=Mg₃P_2.

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, H₂SO_{4 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 = H₂e◦ = + 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° ↓ + Me_n(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 SO₄^2- + 8H⁺ + 6e = S + 4H₂O

Zn + SO₄^2- + 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 + HNO_3(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.