Тема 8. Металлы. Положение металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева. Строение атомов и кристаллов. Физические свойства.
Часть I
1. Положение металлов (М) в Периодической системе Д. И. Менделеева.
Условная диагональ от В к At через элементы А групп: IV → V → VI. На диагонали и над ней расположены неметаллы, а под ней – металлы. Только из М состоят В группы. Всего из 110 элементов к металлам относят 88 элементов. IA группа – это щелочные металлы. IIA группа – это щелочноземельные металлы.
2. Особенности строения атомов М:
1) число е во внешнем слое атома 1-3; 2) R атома – большие размеры.
3. Относительность деления элементов на М и НМ (приведите примеры):
1) серое олово – НМ, белое олово – М. 2) графит – НМ, но электропроводный. 3) Cr, Zn, Al – М, но амфотерные.
4. Металлическая химическая связь – это связь в металлах и сплавах между атом-ионами посредством обобществлённых е.
Общая схема образования металлической связи:
5. Заполните таблицу «Строение и свойства металлов».
6. Запишите признаки, по которым можно различить пластины, изготовленные:
а) из алюминия и меди – цвет, плотность, электро- и теплопроводность б) из свинца и алюминия – цвет, плотность, температура плавления в) из серебра и графита – цвет, форма, электропроводность.
7. Используя рисунки, заполните пропуски, чтобы получилась последовательность: название металла (ов), свойства (о), область (и) применения.
а) чугунная батарея - чугун, теплопроводность, прочность, износостойкость. В хозяйстве, быту, металлургии. б) алюминиевая фольга – алюминий, легко раскатывается, пластичность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость. В пищевой промышленности, производство сплавов. в) стальные кнопки и скрепки – сталь, «мягкая» сталь, эластична, легко гнется, не ржавеет, прочная и твердая. Во всех отраслях народного хозяйства. г) металлическая опора – железо (сталь), прочны, твердые, не подвергаются действию среды. Во всех отраслях народного хозяйства. д) купола – золото, инертное, внешний вид. Используется в строительстве – прокатка, в ювелирном деле. е) термометр – ртуть (жидкий металл), расширяется при нагревании, в медицинских термометрах. Получение сплавов, для добычи золота. Лампы.
8. Заполните таблицу «Классификация металлов».
9. Сплав – это – это однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.
10. Чёрные сплавы:
1) чугун, содержание углерода >2% 2) сталь, содержание углерода <2%.
11. Заполните таблицу «Сплавы и их компоненты».
12. Подпишите названия сплавов, из которых могут быть сделаны изображённые на рисунках предметы.
1) только в самородном виде Pt, Ag, Au 2) и в свободном, и в виде соединений Cu, Hg 3) только в виде соединений: большинство, а также активные М (минералы Zn, Pb, Na, Li и др.)
Обобщение этих утверждений оформите с помощью ряда активности металлов, используя фигурные скобки:
2. Минералы – это различные природные соединения, включающие в себя М в связанном состоянии.
Заполните таблицу «Названия и формулы минералов металлов».
3. Руды – это природные образования, содержащие минералы, в которых М находятся в количествах, пригодных для получения их самих.
4. Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов.
5. Заполните таблицу «Классификация общих способов получения металлов».
1. Отделение пустой породы от руды – это обогащение.
2. Заполните таблицу «Восстановители в пирометаллургии».
3. Дополните схему:
Это пример электрометаллургии.
4. Сырьём для получения алюминия являются: а) алюмосиликаты б) боксит, корунд в) оксид алюминия.
5. Нарисуйте и опишите схему электролитического получения алюминия.
Процесс получения алюминия электролизом проводят в электролитических ваннах в присутствии расплавленного криолита; из оксида алюминия;
6. Напишите синквейн о металлургии. 1) Металлы 2) Способ получения 3) Пиро-, электро-, гидрометаллургия 4) Основа промышленности 5) Получение.
7. Нарисуйте и опишите схему доменного процесса. Сущность доменного процесса состоит в восстановлении железа из оксидов и получении науглероженного металла (чугуна) и шлака, которые легко отделяются друг от друга из-за различия в плотностях.
Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 – 6,67 % углерода (чугун). Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.
2. Схема химической связи: М-1е=М+1 связь металлическая.
3. Общие химические свойства. Дополните уравнения реакций щелочных металлов с различными соединениями, записав окислительно-восстановительный баланс к ним.
4. Получение – электролиз расплавов хлоридов или гидроксидов.
1. Дополните цепочку переходов. Запишите уравнения реакцией, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме. Рассмотрите их с позиций окисления-восстановления, а последний переход представьте в свете ТЭД.
2. Дополните цепочку переходов. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме. Рассмотрите переходы как ОВР, а два последних перехода представьте в свете ТЭД.
3. Сравните способы защиты от коррозии Li и Na.
4. Рассчитайте массу натрия и объём хлора, полученных в результате электролиза 585 кг хлорида натрия, содержащего 12% примесей.
5. Какой объём займёт водород, выделившейся при растворении в 0,5 л воды 69 г натрия? Какова массовая доля щёлочи в полученном растворе?
6. С помощью дополнительных источников информации (интернет), подготовьте небольшое сообщение об одном из щелочных металлов. Запишите план этого сообщения или тезисы в особой тетради.
Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1825 году. Свое название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (от греч. литий – камень). Основные минералы лития — слюда лепидолит. Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, тверже натрия, но мягче свинца. Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения, у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине, он может непродолжительное время храниться на воздухе. Литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет.
Применение:
• Термоэлектрические материалы • Химические источники тока • Ракетное топливо • Лазерные материалы • Сплавы – в авиации и космонавтике • Оптический материал в радиоэлектронике, аккумуляторы • Металлургия – восстановления методами металлотермии редких металлов • Ядерная энергетика • В медицине • В качестве смазочных материалов • Прочие области применения: соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).
а) M2 O + кислотный оксид→соль б) M2 O + H2O → щелочь в) M2 O + HNO3→ соль MNO3 + H2O
3) Получение:
а) 4LI + O2→2Li2O; б) Na→X→Na2O.
Запишите уравнения соответствующих реакций.
2Na + O2→Na2O2 Na2O2 + 2Na→2Na2O
2. Гидроксиды МОН.
1) Тип кристаллической решетки – ионный. Состоят из катионов М+ и анионов ОН-. Физические свойства: твердые белые вещества, гигроскопичны. Растворы – это щелочи.
2) Химические свойства (составьте уравнения возможных реакций – молекулярные, полные и сокращенные ионные):
а) пример реакции нейтрализации:
б) Взаимодействуют с кислотными оксидами.
в) Взаимодействуют с солями, если образуется осадок:
г) взаимодействует с солями, если образуется газ:
д) Взаимодействуют с амфотерными оксидами:
е) Взаимодействует с амфотерными гидроксидами.
3) Получение:
a) 2M + 2HOH→2MOH + H2 б) M2O + HOH→2MOH
4) Заполните таблицу «Щелочи и их применение».
3. Соли имеют ионную кристаллическую решетку.
Заполните таблицу «Названия и применение солей металлов IA группы».
1. Заполните таблицу «Биологическая роль катионов натрия и калия».
2. Дополните цепочку переходов. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме:
3. Заполните схему «Области применения хлорида натрия».
4. Для соединения NaH укажите:
1) Название гидрид натрия 2) Тип связи и кристаллическую решетку - ионная связь, ионная кристаллическая решетка 3) Схему образования связи на основе реакции получения (синтеза) 2Na + H2→ 2NaН. 4) Уравнение реакции взаимодействия с водой (рассмотрите ОВР)
5. Пероксид натрия Na2O2 имеет структурную формулу:
Na – O – O – Na.
Укажите тип связи между атомами:
а) натрия и кислорода ионная б) кислорода и кислорода ковалентная неполярная
Наличие разных типов связи в одном соединении говорит о единой природе химической связи.
6. По образцу сочинения, приведённого в заданиях учебного параграфа, напишите сочинение на тему «Художественный образ соединения щелочного металла» в особой тетради.
1. Заполните таблицу «Применение кальция и магния».
2. Дополните цепочку переходов. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме:
Первую и пятую реакции рассмотрите с позиций окисления-восстановления, остальные – в свете ТЭД. Для перехода Ca→Ca(NO3)2 предложите два варианта.
3. Проанализируйте рисунок «Взаимодействие щёлочноземельных металлов с водой». Подпишите химические формулы металлов. Объясните причину различной скорости реакций.
Скорость реакции увеличивается с активностью металла.
4. Укажите, в какой из пробирок отображено взаимодействие лития с водой, а в какой – кальция с водой.
Ответ поясните: Литий легче воды, всплывает и окисляется на поверхности.
5. Какой объём водорода образуется при взаимодействии с 0,5 л воды 20 г кальция, содержащего 5% примесей? Рассчитайте массовую долю щёлочи в полученном растворе.
6. Придумайте и решите задачу, аналогичную предыдущей, чтобы в условии фигурировал гидрид кальция.
Гидрид кальция массой 42 г вступил в реакцию с водой, массой 200 г. Найти w%(Ca(OH)2) и V(H2), если w%(прим. в Ca H2)=10%.
7. Подготовьте небольшое сообщение об одном из щёлочноземельных металлов, используя Интернет и другие источники информации.
Составьте план или запишите тезисы сообщения в особой тетради.
Бериллий.
Открыт в 1798 г. французским химиком Луи Никола Вокленом, который назвал его глицинием. Современное название элемент получил по предложению химиков немца Клапрота и шведа Экеберга. В свободном виде бериллий был выделен в 1828 году французским химиком Бюсси и независимо от него немецким химиком Велером. Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но промышленное значение имеет в основном берилл. Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин, изумруд, гелиодор. Известны другие разновидности берилла, различающиеся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, зеленые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси.
Бериллий — относительно твердый, но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Один из самых твердых металлов в чистом виде (уступает только осмию, вольфраму и урану). На воздухе покрывается стойкой оксидной пленкой. В бериллии очень хорошо распространяются звуковые волны — 12600 м/с.
Применяется в различных отраслях промышленности и народного хозяйства:
• Рентгенотехника • Ядерная энергетика • Лазерные материалы • Аэрокосмическая техника • Ракетное топливо • Огнеупорные материалы
Бериллий ядовит: летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичные. Бериллий обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Вдыхание атмосферного воздуха, содержащего бериллий, приводит к тяжелому заболеванию органов дыхания — бериллиозу.
1) Имеют ионную кристаллическую решётку и образованы за счёт ионной химической связи, схема которой:
Физические свойства данных соединений: белые гигроскопичные кристаллические вещества.
2) Характер оксидов – основный, что подтверждается химическими свойствами (напишите уравнения возможных реакций – молекулярные, полные и сокращённые ионные):
2. Гидроксиды M(OH)2.
1) Тип кристаллической решётки – ионная, состоит из катионов М2+ и анионов ОН-.
Физические свойства: белые кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде. Растворы – это щёлочи.
Реакция с участием оксида кальция: CaO+H2O=Ca(OH)2 называется гашение извести.
2) Химические свойства (составьте уравнения возможных реакций в молекулярной, полной и сокращённой ионной формах): а) реакция нейтрализации:
б) взаимодействует с нерастворимой кислотой (составьте уравнения возможных реакций в молекулярной, полной и сокращённой ионной формах)
