Дослід 4. Протекторний захист

У дві пробірки налийте по 3 мл розчину з молярною концентрацією еквівалентів сульфатної кислоти 0,2 моль/л і по 2 краплі розчину K₃[Fe(CN)₆]. В одну пробірку занурте цинкову пластину, з’єднану з залізною скріпкою, а в другу – мідну пластинку, з’єднану з залізною скріпкою. В якій пробірці проходитиме корозія заліза? Чим пояснюється відсутність корозії в іншій пробірці? Напишіть рівняння катодного та анодного процесів. Який із металів у кожній парі є протектором?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Контрольні питання і задачі

 

1. При електролізі водного розчину хром (ІІІ) сульфату струмом силою 2 А маса катода збільшилася на 8 г. Протягом якого часу проводили електроліз?

2. При електролізі водного розчину станум (ІІ) хлориду на аноді виділилося 4,48 л хлору (умови нормальні). Знайти масу олова, що виділилося на катоді.

3. У водному розчині ферум (II) сульфат окиснюється розчиненим у воді киснем з утворенням основної солі. Написати рівняння реакції, що протікає при цьому.

4. Як впливає на корозію заліза його контакт з іншими металами? Який метал буде руйнуватися першим на ушкодженій поверхні лудженого, оцинкованого і нікельованого заліза?

ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ І ЇХ СПОЛУК

МЕТАЛИ

 

Більшість хімічних елементів є металами: їхні атоми мають здатність віддавати електрони й перетворюватися в позитивно заряджені іони. Не існує хімічних сполук, у яких атом металу мав би негативний ступінь окиснення. Активність металу, тобто його здатність віддавати електрони кількісно характеризується величиною енергії іонізації /і стандартним електродним потенціалом j⁰: чим менше й чим негативніше j⁰, тим активніше метал. В результаті відриву зовнішніх електронів атом перетворюється в катіон. Метали, перебуваючи у вищих ступенях окиснення, утворюють у водних розчинах оксоаніони. Багато хто з них є сильними окисниками (MnO₄^–, MnO₄^2–, Cr₂O₇^2–, BiО₃^– і ін.). Більшість йонів металів, особливо d- елементів, утворюють численні координаційні сполуки.

Основні типи хімічних реакцій, у які вступають метали

I. Реакції за участю атомів металів (метал завжди відновник)

1. Реакції з неметалами: киснем, галогенами, сіркою, азотом. У результаті реакцій утворюються оксиди, галогеніди, сульфіди, нітриди. Самі активні метали - s-елементи, вступають у реакцію з воднем з утворенням гідридів.

2. Реакції з катіонами інших металів, наприклад: Fe + Cu²⁺ = Си + Fe²⁺. Можливість протікання таких реакцій визначається відносним положенням металів у ряді напруг.

3. Реакції з кислотами. Хлоридна й розведена сульфатна кислоти можуть бути окисниками тільки за рахунок іонів Н⁺: Zn + 2НСl = ZnCl₂ + Н₂

Із зазначеними кислотами взаємодіють тільки метали, які розташовані в ряді напруг до водню. Концентрована сульфатна кислота є окисником за рахунок S⁺⁶. Залежно від активності металу сульфатна кислота відновлюється до SO₂ (Cu, Sn) або до H₂S (Zn, Mg). Нітратна кислота може бути окисником тільки за рахунок N⁺⁵. Залежно від концентрації кислоти й активності металу продуктами відновлення можуть бути NO₂, NO, NH₄NO₃.

4. Реакції з водою. Взаємодіють тільки s-елементи, наприклад: 2Na + 2Н₂О = 2NaOH + Н₂.

5. Реакції з лугами. Метали, гідроксиди яких мають амфотерні властивості (Zn, Sn, Al, Be, Cr) з лугами утворюють гідроксокомплекси, наприклад: 2Аl + 6NaOH + 6Н₂О = 2Na₃[Al(OH)₆] + ЗН₂

II. Реакції за участю одноатомних катіонів

1. Взаємодія з катіонами інших металів: 2Fe³⁺ + Sn²⁺ = 2Fe²⁺ + Sn⁴⁺

Це окисно-відновні реакції, можливість протікання яких визначається співвідношенням окисно-відновних потенціалів.

2. Реакції комплексоутворення, наприклад: Ni²⁺ + 6NH₄OH = [Ni²⁺ (NH₃)₆]²⁺ + 6H₂O.

Ці реакції не супроводжуються зміною ступеня окиснення металу.

3. Взаємодія з молекулами розчинника. Це процеси гідратації, гідролізу, утворення оксоаніонів і оксокатіонів.

 

Основна область застосування d-елементів – металургія (чавун, сталь, леговані сталі, жароміцні сплави, інші спеціальні сплави). Хром, нікель, мідь використовуються як гальванічні покриття в декоративних цілях, для підвищення твердості, електропровідності й т.д. Мідь широко застосовується в електро- і радіотехніці завдяки її високій електропровідності й пластичності. Дуже широке застосування знаходять сполуки перехідних металів. Приведемо лише кілька областей їхнього використання:

а) калій перманганат, манган(ІV) оксид, калій біхромат („хромпік”) використовують як сильні окисники в різних галузях промисловості й у лабораторній практиці;

б) МnО₂ знаходить застосування у виробництві сухих гальванічних елементів;

в) хром (III) оксид є основою тонкої полірувальної пасти («паста ГОИ»);

г) хромовий ангідрид – складова частина електроліту для гальванічного хромування;

д) титан (IV) оксид, цинк (II) оксид, ферум (III) оксид, хром (III) оксид і інші сполуки використовуються як пігменти при виробництві мінеральних фарб.

Властивості

Метали

K

Na

Ca

Мg

Al

Mn

Zn

Fe

Cr

Ni

Sn

Pb

H

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

Активність як відновників

зменшується ®

Здатність йонів відновлюватися

збільшується ®

Взаємодія з киснем

швидко окиснюються

окиснюються при звичайній температурі

–

окиснюються при нагріванні

не окиснюються

Взаємодія з водою

витісняють Н2 при звичайній температурі

витісняють Н2 тільки при нагріванні здатність зменшується ®

–

Н2 не витісняють

Взаємодія з кислотами

витісняють Н2 з кислот, утворюючи сіль (Н2SO4 тільки розведена)

–

Окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Не окиснюються HNO3 i Н2SO4 конц.

Знаходження в природі

У виді сполук

У вигляді сполук і простої речовини

У вигляді простої речовини

Промислові способи одержання

Електроліз розплавів сполук

1) відновлення оксидів Карбоном, 2) алюмінотермія, 3) електроліз водних розчинів

Термічний розклад сполук

Лабораторна робота № 10

Конструкційні метали (алюміній, магній, кальцій)

 

Дослід 1. Оксиди і гідроксиди магнію та кальцію

Помістіть в одну пробірку небагато магній оксиду, а в іншу – стільки ж кальцій оксиду. Налийте в обидві пробірки води. Спостерігайте зміни, що відбуваються в пробірці з кальцій оксидом. Переконайтеся в лужності середовища, кілька разів сильно струснувши пробірки і додавши фенолфталеїну. Який з гідроксидів має більш лужні властивості? Напишіть відповідні рівняння реакцій.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дослід 2. Дія лугів і кислот на алюміній

Дослід проводиться під тягою! Помістіть в трипробірки небагато алюмінієвих стружок і додайте в першу 2 – 3 мл розчину з масовою часткою натрій гідроксиду NaOH 30 %, у другу – 2 – 3 мл розведеного розчину хлоридної кислоти НСl, у третю – 2 – 3 мл концентрованого розчину нітратної кислоти НNO₃. Пробірки з розчинами лугу і нітратної кислоти нагрійте. У концентрованій НNO₃ алюміній не розчиняється. Поясніть механізм реакції алюмінію з лугами. Поясніть різне відношення до хлоридної і нітратної кислот. Напишіть відповідні рівняння реакцій. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дослід 3. Амфотерність алюміній гідроксиду. Одержіть алюміній гідроксид і переконайтеся в його амфотерності. Для цього розділіть алюміній гідроксид дві пробірки і в одну – налийте кислоту, а в іншу – луг. Опишіть свої спостереження і складіть рівняння реакцій з огляду на те, що алюміній гідроксид з лугом утворює алюмінат натрію чи калію.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання і задачі

1.На зразок сплаву міді з алюмінієм подіяли 1 г надлишком розчину лугу. Залишок промили і розчинили в нітратній кислоті, розчин випарили, осад прожарили. Одержано 0,4 г нового залишку. Визначте масові частки міді та алюмінію в сплаві.

2. Маємо суміш стружок алюмінію, цинку та міді. Маса твердого залишку після обробки зразка цієї суміші масою 8 г надлишком концентрованої нітратної кислоти становила 1,52 г. Зразок цієї ж суміші масою 3 г внесли у надлишок концентрованого розчину лугу. Маса нерозчинного залишку становила 0,6 г. Визначте масові частки металів у суміші. (19% Аl; 61% Zn; 20 % Cu).

3. Під час дії хлоридної кислоти на суміш заліза з алюмінієм масою 16,6 г виділився водень об’ємом 10,13 л. Визначте масову частку заліза у суміші.

4. Які катіони можна одержати дією концентрованої хлоридної кислоти на метали: цинк, срібло, олово, нікель, магній? Напишіть рівняння реакцій.

 

Лабораторна робота № 11

КОНСТРУКЦІЙНІ МЕТАЛИ (залізо, кобальт, нікель, мідь)