1. Положение металлов в таблице элементов
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПСХЭ. К ним относятся:
2. Строение атомов металлов
У атомов металлов на наружном энергоуровне обычно 1-3 электрона. Их атомы обладают большим радиусом и легко отдают валентные электроны, т.е. проявляют восстановительные свойства.
3. Физические свойства металлов
Изменение электропроводности металла при его нагревании и охлаждении
Металлическая связь – это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами в металлической кристаллической решётке .
4. Получение металлов
1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом
Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me
2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением
1 стадия – Mе x S y +O 2 =Mе x O y +SO 2
2 стадия -Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me
3 Алюминотермия (восстановление более активным металлом)
Mе x O y + Al = Al 2 O 3 + Me
4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты
Mе x O y + H 2 = H 2 O + Me
5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)
1) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):
2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl 2
CaCl 2 – расплав, электр. ток. → Ca + Cl 2
расплавов гидроксидов:
4NaOH – расплав, электр. ток. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O
2) Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюмини я в криолите Na 3 AlF 6 (из бокситов):
2Al 2 O 3 – расплав в криолите, электр. ток. → 4 Al + 3 O 2
3) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:
2CuSO 4 +2H 2 O – раствор, электр. ток. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4
5. Нахождение металлов в природе
Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.
1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)
2. Средн ей активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe 3 O 4 , FeS 2 )
3. Благородные – в свободном виде (Au , Pt , Ag )ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Общие химические свойства металлов представлены в таблице:
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции
Li+ H 2 O =
Cu + H 2 O =
Al + H 2 O =
Ba + H 2 O =
Mg + H 2 O =
Ca + HCl=
Na + H 2 SO 4 (К
)=
Al + H 2 S=
Ca + H 3 PO 4 =
HCl + Zn =
H 2 SO 4 (к
)+ Cu=
H 2 S + Mg =
HCl + Cu =
HNO 3 (K)+
С
u =
H 2 S + Pt =
H 3 PO 4 + Fe =
HNO 3 (p)+ Na=
№2. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
Al + O 2 =
Li + H 2 O =
Na + HNO 3 (k) =
Mg + Pb(NO 3) 2 =
Ni + HCl =
Ag + H 2 SO 4 (k) =№3. Вставьте вместо точек пропущенные знаки (<, > или =)
Заряд ядра | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Число энергетических уровней | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Число внешних электронов | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Радиус атома | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Восстановительные свойства | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
№4. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
K+ O 2 =
Mg+ H 2 O =
Pb+ HNO 3 (p) =
Fe+ CuCl 2 =
Zn + H 2 SO 4 (p) =
Zn + H 2 SO 4 (k) =
№5. Решите тестовые задания
|
1.Выберите группу элементов, в которой находятся только металлы: А ) Al, As, P; Б ) Mg, Ca, Si; В ) K, Ca, Pb 2. Выберите группу, в которой находятся только простые вещества – неметаллы: А ) K 2 O, SO 2 , SiO 2 ; Б ) H 2 , Cl 2 , I 2 ; В )Ca, Ba, HCl; 3. Укажите общее в строении атомов K и Li: А) 2 электрона на последнем электронном слое; Б) 1 электрон на последнем электронном слое; В) одинаковое число электронных слоев. 4. Металлический кальций проявляет свойства: А) окислителя; Б) восстановителя; В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий. 5. Металлические свойства натрия слабее, чем у – А) магния;Б) калия;В) лития. 6. К неактивным металлам относятся: А) алюминий, медь, цинк;Б) ртуть, серебро, медь; В) кальций, бериллий, серебро. 7. Какое физическое свойство не является общими для всех металлов: А) электропроводность,Б) теплопроводность, В) твердое агрегатное состояние при нормальных условиях, Г) металлический блеск |
|
Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать Установите соответствие. С увеличением порядкового номера элемента в главной подгруппе II группы Периодической системы свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются следующим образом: |
Задачи урока:
Обучающая - рассмотреть положение металлов в системе элементов Д.И. Менделеева, познакомить обучающихся с основными свойствами металлов, выяснить, чем они обусловлены, познакомить с понятием коррозия металлов
Развивающая – уметь находить в таблице ПСХЭ металлы, уметь сравнивать металлы и неметаллы, объяснять причины химических и физических свойств металлов, развивать теоретическое мышление учащихся и их умение прогнозировать свойства металлов на основе их строения.
Воспитывающая - способствовать развитию познавательного интереса учащихся к изучению химии
Тип урока: урок изучения нового материала.
Методы обучения : словесные и наглядные
Ход урока:
Хронометраж урока.
Организационный момент (1 мин.)
Актуализация знаний(3 мин)
Изучение нового материала
1.1. Положение в периодической системе. (10 мин)
1.2. Особенности электронного строения атомов.(10 мин)
1.3. Восстановительные свойства металлов. (10 мин)
2.1. Металлическая связь. (5 мин)
4. Эмоциональная разгрузка 2 мин
2.2. Физические свойства.(10 мин)
3. Химические свойства. (17 мин)
4. Коррозия металлов.(5 мин)
Закрепление (15 мин)
Задание на дом (3 мин)
Итог урока (1мин)
Организационный момент
(Взаимное приветствие, фиксация присутствующих).
Актуализация знаний. В начале урока учитель акцентирует внимание учащихся на значимости новой темы, определяемой той ролью, которую металлы играют в природе и во всех сферах деятельности человека . Промышленность
Учитель читает загадку:
Я твердый, ковкий и пластичный,
Блестящий, нужный всем, практичный.
Я вам уже подсказку дал,
Так кто же я такой…? и предлагает записать отгадку в тетрадь в виде темы урока?
Изучение нового материала
План лекции.
1. Характеристика элемента-металла.
1.2. Особенности электронного строения атомов.
1.3. Восстановительные свойства металлов.
2. Характеристика простого вещества.
2.1. Металлическая связь.
2.2. Физические свойства.
3. Химические свойства.
4. Коррозия металлов.
1.1. Положение в периодической системе.
Условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали В (бор) - (кремний) - Si (мышьяк) - Те (теллур) - Аs (астат) (проследите ее в таблице Д. И. Менделеева)..
Начальные элементы образуют главную подгруппу I группы и называются щелочными металлами . Свое название они получили от названия соответствующих им гидроксидов, хорошо растворимых в воде, - щелочей.
Из элементов главных подгрупп следующих групп к металлам относят: в IV группе германий, олово, свинец(32,50,82) (первые два элемента - углерод и кремний - неметаллы), в V группе сурьма и висмут(51,83) (первые три элемента - неметаллы), в VI группе только последний элемент - полоний(84) - явно выраженный металл . В главных подгруппах VII и VIII групп все элементы - типичные неметаллы.
Что касается элементов побочных подгрупп, то все они металлы.
Атомы щелочных металлов содержат на внешнем энергетическом уровне только один электрон, который они легко отдают при химических взаимодействиях, поэтому являются сильнейшими восстановителями. Понятно, что в соответствии с ростом радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.
Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу II группы, также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне два электрона). Из этих металлов кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами . Такое название эти металлы получили потому, что их оксиды, которые алхимики называли «землями», при растворении в воде образуют щелочи.
К металлам относятся и элементы главной подгруппы III группы, исключая бор.
к 3 группе относятся металлы называемые подгруппой алюминия.
1.2 Особенности электронного строения металлов.
Учащиеся на основе полученных знаний формулируют сами определение «металл»
Металлы - это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя, большим радиусом атомов, вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.
Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому и их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, - это
наличие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электронов.
Атомы металлов имеют сходство в строении внешнего электронного слоя, который образован небольшим числом электронов (в основном не больше трех).
Это утверждение можно проиллюстрировать на примерах Na, алюминия А1 и цинка Zn. Составляя схемы строения атомов, по желанию можно составлять электронные формулы и приводить примеры строения элементов больших периодов, например цинка.
В связи с тем, что электроны внешнего слоя атомов металлов слабо связаны с ядром, они могут быть «отданы» другим частицам, что и происходит при химических реакциях:
Свойство атомов металлов отдавать электроны является их характерным химическим свойством и свидетельствует о том, что металлы проявляют восстановительные свойства.
1.3 Восстановительные свойства металлов.
Как изменяется окислительная способность элементов III периода?
(окислительные свойства в периодах усиливаются, а восстановительные – ослабевают. Причиной изменения этих свойств- увеличение количества электронов на последней орбитале.)
Как изменяются окислительные свойства у элементов 4 группы главной подгруппы? (снизу вверх окислительные свойства усиливаются. Причиной изменения этих свойств является уменьшение радиуса атома(легче принять чем отдать)
Исходя из положения металлов в Периодической системе какой можно сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах элементов- металлов?
(Металлы являются восстановителями в химических реакциях, т.к. отдают свои валентные электроны)
Учащиеся отвечают, что прочность связи валентных электронов с ядром зависит от двух факторов: величины заряда ядра и радиуса атома. .
(запись вывода в тетрадях учащихся)в периодах с увеличением заряда ядра восстановительные свойства уменьшаются.
У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть-чуть другие.
Учитель предлагает сравнить активность элементов побочной подгруппы. Cu , Ag , Au – активност ь элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn , Cd , Hg .Увеличение электронов на внешнем уровне поэтому восстановительные свойства ослабевают
У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов 31-36, 49-54 – с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменятся мало, а величина заряда ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.
2.1. Металлическая связь.
Металлическая связь осуществляется посредством взаимного притяжения атом-ионов и относительно свободных электронов.
Рисунок 1.
Строение кристаллической решетки металлов
В металлах валентные электроны удерживаются атомами крайне слабо и способны мигрировать. Атомы, оставшиеся без внешних электронов, приобретают положительный заряд. Они образуют металлическую кристаллическую решётку.
Совокупность обобществлённых валентных электронов (электронный газ), заряженных отрицательно, удерживает положительные ионы металла в определённых точках пространства - узлах кристаллической решётки, например, металла серебро.
Внешние электроны могут свободно и хаотично перемещаться, поэтому металлы характеризуются высокой электропроводностью (особенно золото, серебро, медь, алюминий).
Химическая связь предполагает определенный вид кристаллической решетки. Металлическая химическая связь способствует образованию кристаллов с металлической кристаллической решеткой. В узлах кристаллической решетки находятся атом-ионы металлов, а между ними свободно движущиеся электроны. Металлическая связь отличается от ионной, т.к. нет анионов, хотя есть катионы. Отличается она и от ковалентной, т.к. не образуются общие электронные пары.
Эмоциональная разгрузка
Отсутствие какого металла описал академик А. Е. Ферсман?
На улицах стоял бы ужас разрушения: ни рельсов, ни вагонов, ни паровозов, ни автомобилей не оказалось бы, даже камни мостовой превратились бы в глинистую труху, а растения начали бы чахнуть и гибнуть без этого металла. Разрушение ураганом прошло бы по всей Земле, и гибель человечества сделалась бы неминуемой. Впрочем, человек не дожил бы до этого момента, ибо лишившись трех граммов этого металла в своем теле и в крови, он бы прекратил свое существование раньше, чем развернулись бы нарисованные события (Ответ: Все люди бы погибли, лишившись железа в крови)
Назовите металл фальшивомонетчиков
Название металлу было дано испанскими конкистадорами, которые в середине XVI в. впервые познакомились в Южной Америке (на территории современной Колумбии) с новым металлом, внешне похожим на серебро. Название металла буквально означает «маленькое серебро», «серебришко».
Объясняется такое пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью металла, который не поддавался переплавке, долгое время не находил применения и ценился вдвое ниже, чем серебро. Они использовали этот металл для изготовления фальшивых монет.
На сегодняшний день, этот металл, используемый как катализатор и в ювелирном деле, является одним из самых дорогих.
В чистом виде ее в природе не существует. Самородная платина обычно представляет собой естественный сплав с другими благородными (палладий, иридий, родий, рутений, осмий) и неблагородными (железо, медь, никель, свинец, кремний) металлами. Для ее получения самородки разогревают в котлах с "царской водкой" (смесь азотной и соляной кислоты) и затем "доводят" многочисленными химическими реакциями, нагревом и плавкой.
Таким образом, кристаллическая решетка зависит и определяется видом химической связи, но в то же время является причиной для физических свойств.
2.2. Физические свойства.
Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются именно их строением.
а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло
б) плотность. Металлы делятся на мягкие (5г/см³) и тяжелые (меньше 5г/см³).
в) плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.
г) электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.
При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и это мешает движению электронов, и электропроводность металлов падает.
Следует отметить, что у некоторых неметаллов, при повышении температуры электропроводность возрастает, например, у графита, при этом с повышением температуры разрушаются некоторые ковалентные связи, и число свободно перемещающихся электронов возрастает.
д) металлический блеск – электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло. Попадают на узлы кристаллической рещетки. Поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо-белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый цвет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме Al и Mg , теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.
е) пластичность
Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.
3. Химические свойства.
По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются . Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов(Открыл и составил Бекетов)
Чем левее стоит металл в ряду электрохимическом ряду напряжений металлов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий, золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I) – самый слабый.
Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно-земельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.
Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.
Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.
Взаимодействие с простыми веществами
С кислородом большинство металлов образует оксиды – амфотерные и основные:
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 .
Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:
2Na + O 2 = Na 2 O 2 .
С галогенами металлы образуют соли галогеноводородных кислот, например,
Cu + Cl 2 = CuCl 2 .
С водородом самые активные металлы образуют ионные гидриды – солеподобные вещества, в которых водород имеет степень окисления -1.
2Na + H 2 = 2NaH.
С серой металлы образуют сульфиды – соли сероводородной кислоты:
Zn + S = ZnS.
С азотом некоторые металлы образуют нитриды, реакция практически всегда протекает при нагревании:
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .
С углеродом образуются карбиды:
4Al + 3C = Al 3 C 4 .
С фосфором – фосфиды:
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .
Металлы могут взаимодействовать между собой, образуя интерметаллические соединения :
2Na + Sb = Na 2 Sb,
3Cu + Au = Cu 3 Au.
Металлы могут растворяться друг в друге при высокой температуре без взаимодействия, образуя сплавы.
Отношение металлов к кислотам.
Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 .
с HCl
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода . Взаимодействие протекает по схеме:
Me + HCl - соль + H 2
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2
2│Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление
3│2H + + 2 e - → H 2 – восстановление
«Царская водка» (ранее кислоты называли водками) представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» - золото. Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III), или хлорида нитрозила – NOCl:
Реакции окисления золота протекают согласно следующим уравнениям:
Au + HNO3 + 4 HCl → H + NO + 2H2O
Если кислоты могут взаимодействовать с основаниями и основными оксидами, а ключевым элементом в их составе является металл, то возможно ли взаимодействие металлов с кислотами. Проверим это экспериментально.
Магний взаимодействует с кислотой при нормальных условиях, цинк - при нагревании, медь - не взаимодействует.
Ряд напряжений используется на практике для сравнительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе:
Металлы, стоящие левее, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей . Металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют водород при взаимодействии с водными растворами кислот-неокислителей; наиболее активные металлы (до алюминия включительно) - и при взаимодействии с водой.
Металлы, стоящие в ряду правее водорода, с водными растворами кислот-неокислителей при обычных условиях не взаимодействуют.
При электролизе металлы, стоящие правее водорода, выделяются на катоде; восстановление металлов умеренной активности сопровождается выделением водорода; наиболее активные металлы (до алюминия) невозможно при обычных условиях выделить из водных растворов солей.
4. Коррозия металлов – физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.
Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» – «грызу» (позднелатинское «corrosio» означает «разъедание»).
Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла, например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.
В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:
4Fe + 6H 2 O (влага) + 3O 2 (воздух) = 4Fe(OH) 3
Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.
Для замедления коррозии на поверхность металла наносят лаки и краски, минеральные масла и смазку. Подземные конструкции покрывают толстым слоем битума или полиэтилена. Внутренние поверхности стальных труб и резервуаров защищают дешевыми покрытиями из цемента.
Для стальных изделий используют так называемые преобразователи ржавчины, содержащие ортофосфорную кислоту (Н 3 РО 4 ) и ее соли. Они растворяют остатки оксидов и формируют плотную и прочную пленку фосфатов, которая способна на некоторое время защитить поверхность изделия. Затем металл покрывают грунтовочным слоем, который должен хорошо ложиться на поверхность и обладать защитными свойствами (обычно используют свинцовый сурик или хромат цинка). Только после этого можно наносить лак или краску.
Закрепление (15 мин)
Учитель:
Теперь, для закрепления проведем тест.
Решите тестовые задания
1.Выберите группу элементов, в которой находятся только металлы:
А ) Al, As, P; Б ) Mg, Ca, Si; В ) K, Ca, Pb
2. Выберите группу, в которой находятся только простые вещества – неметаллы:
А ) K 2 O, SO 2 , SiO 2 ; Б ) H 2 , Cl 2 , I 2 ; В )Ca, Ba, HCl;
3. Укажите общее в строении атомов K и Li:
А) 2 электрона на последнем электронном слое;
Б) 1 электрон на последнем электронном слое;
В) одинаковое число электронных слоев.
4. Металлический кальций проявляет свойства:
А) окислителя;
Б) восстановителя;
В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий.
5. Металлические свойства натрия слабее, чем у –
А) магния; Б) калия; В) лития.
6. К неактивным металлам относятся:
А) алюминий, медь, цинк; Б) ртуть, серебро, медь;
В) кальций, бериллий, серебро.
7. Какое физическое свойство не является общими для всех металлов:
А) электропроводность, Б) теплопроводность,
В) твердое агрегатное состояние при нормальных условиях,
Г) металлический блеск
8.Металлы при взаимодействий с неметаллами проявляют свойства:
а) окислительные;
б) восстановительные;
в) и окислительные, и восстановительные;
г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.
9.В периодической системе типичные металлы расположен
а) верхней части
б) нижней части
в) правом верхнем углу
г) левом нижнем углу
Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать
Установите соответствие.
С увеличением порядкового номера элемента в главной подгруппе II группы Периодической системы свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются следующим образом:
1) число электронов на внешнем уровне
А) увеличивается
3) электроотрицательность
4) восстановительные свойства
Б) уменьшается
В) не изменяется
(Ответы: 1 –Г, 2 –А, 3 –В, 4-Б, 5-Г)
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции
Li+ H 2 O =
Cu + H 2 O = Cu ( OH ) 2 + H 2
Ba + H 2 O =
Mg + H 2 O =
Ca + HCl=
2 Na + 2 H 2 SO 4 ( К )= Na 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
HCl + Zn =
H 2 SO 4 ( к )+ Cu= CuSO 4 + SO 2 + H 2 O
H 2 S + Mg =MgS+H 2
HCl + Cu =
Задание на дом: записи в тетрадях, сообщения о применении металлов.
Учитель Предлагает создать синквейн по теме.
1 строка: Существительное (одно по теме) (Металлы)
2 строка: два прилагательных
3 строка: три глагола
4 строка: четыре слова объединённых в предложение
5 строка: слово выражающее сущность данной темы.
Итог урока
Учитель : И так, мы рассмотрели строение и физические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.
Классификации:
Все неорганические соединения делятся на две большие группы:
Простые вещества - состоят из атомов одного элемента;
Сложные вещества - состоят из атомов двух или более элементов.
Простые вещества
неметаллы
амфотерные простые вещества
благородные газы
Сложные вещества по химическим свойствам делятся на:
осно́вные оксиды
кислотные оксиды
амфотерные оксиды
двойные оксиды
несолеобразующие оксиды
Гидроксиды;
амфотерные гидроксиды
основания
средние соли
кислые соли
осно́вные соли
двойные и/или комплексные соли
бинарные соединения:
бескислородные кислоты
бескислородные соли
прочие бинарные соединения
Неорганические вещества, содержащие углерод:
Данные вещества традиционно относятся к области неорганической химии:
Оксиды углерода
Неорганические тиоцианаты (роданиды)
Селеноцианаты
Карбонаты
Карбонилы металлов
Металлы - группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами , такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Характерные свойства металлов
Металлический блеск
Хорошая электропроводность
Возможность лёгкой механической
Высокая плотность
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.
Неметаллы - химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы.
Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов, и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.
Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.
Вопрос 25:
Электрохимический ряд активности (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) металлов - последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения ихстандартных электрохимических потенциалов, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла
|
Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H →Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au |
Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в
Соли взаимодействуют с металлами - более активные металлы, расположенные левее в электрохимическом ряду напряжений**, вытесняют из солей менее активные металлы. Например, железо вытесняет медь из раствора хлорида меди (II): Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu↓
Вопрос 28: Металлы, их положение в периодической системе химических элементов д.И. Менделеева, строение их атомов, металлические связи. Общие химические свойства металлов.
Положение металлов в периодической системе.
Все химические элементы принято делить на металлы и неметаллы. Большинство элементов (более 85 из 109 известных) - это металлы.
К металлам относятся s–элементы (элементы IA и IIA групп за исключением водорода и гелия); некоторые p–элементы (Al, Sn, Pb и другие); все d–элементы (элементы побочных подгрупп); все f–элементы (лантаноиды и актиноиды).
Так как металлические свойства элементов с увеличением заряда ядра их атомов в периодах ослабевают, а в главных подгруппах усиливаются, то наиболее активные металлы сосредоточены в левом нижнем углу периодической системы элементов.
Строение металлов .
Отличительные особенности в строении атомов металлов - их большие по сравнению с неметаллами размеры (радиус) и небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне (как правило, 1-2 электрона, реже 3 или 4). Этим объясняется слабая связь внешних (валентных) электронов с ядром и способность атомов металлов легко отдавать эти электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.
Этот процесс обратим, катионы металлов могут вновь притягивать к себе электроны (не только «свои», но и «чужие», то есть «потерянные» другими атомами). Иными словами, электроны свободно перемещаются в объеме металла, являются общими, «коллективными», называемыми также «электронным газом». Эти электроны и обеспечивают химическую связь металлов. В отличие от ковалентной связи (чаще всего образуемой парой электронов между двумя соседними атомами), металлическая связь делокализована (многоцентровая).
Металлическая связь - это связь в металлах между атомами и ионами, образованная за счет обобществления электронов.
Металлическая связь бывает не только в чистых металах но также характерна для смесей разных металов, сплавов в разных агрегатных состояниях. Металлическая связь имеет важное значение и обуславливает основные свойства металлов - электропроводность – беспорядочное движение електронов в объеме металла. Но при небольшой разности потенциалов, чтобы электроны двигались упорядоченно. Металами с лучшей проводимостью являются Ag, Cu, Au, Al. - пластичность Связи между слоями металла не очень значительны, это позволяет перемещать слои под нагрузкой (деформировать металл не ломая его). Наилучше деформирующиеся металы (мягкие)Au, Ag, Cu. - металлический блеск Электронный газ отражает почти все световые лучи. Вот почему чистые металлы так сильно блестят и чаще всего имеют сенрый или белый цвет. Металы являющиеся наилучшими отражателями Ag, Cu, Al, Pd, H
Сильные восстановители: Me 0 – nē ® Me n+
Введение
Металлы – простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, способностью хорошо отражать свет (что обуславливает их блеск и непрозрачность), возможностью принимать нужную форму под воздействием внешних сил (пластичностью). Существует и другое определение металлов – это химические элементы, характеризующиеся способностью отдавать внешние (валентные) электроны.
Из всех известных химических элементов около 90 являются металлами. Большинство неорганических соединений – это соединения металлов.
Существует несколько типов классификации металлов. Наиболее четкой является классификация металлов в соответствии с их положением в периодической системе химических элементов – химическая классификация.
Если в «длинном» варианте периодической таблицы провести прямую линию через элементы бор и астат, то слева от этой линии расположатся металлы, а справа от нее – неметаллы.
С точки зрения строения атома металлы под-разделяют на непереходные и переходные. Не-переходные металлы располагаются в главных подгруппах периодической системы и характе-ризуются тем, что в их атомах происходит по-следовательное заполнение электронных уров-ней s и р. К непереходным металлам относят 22 элемента главных подгрупп а: Li , Na , K , Rb , Cs ,Fr , Be , Mg , Ca , Sr , Ba , Ra , Al , Ga , In , Tl , Ge , Sn , Pb , Sb , Bi , Po .
Переходные металлы располагаются в побоч-ных подгруппах и характеризуются заполнени-ем d - или f -электронных уровней. К d -элементам относятся 37 металлов побочных подгрупп б: Cu , Ag , Au , Zn , Cd , Hg , Sc , Y , La , Ac , Ti , Zr , Hf , Rf , V , Nb , Ta , Db , Cr , Mo , W , Sg , Mn , Tc , Re , Bh , Fe , Co , Ni , Ru , Rh , Pd , Os , Ir , Pt , Hs , Mt .
К f- элементамотносятся 14 лантаноидов (Се, Рr, Nd, Рm, Sm, Еu, Gd, Тb, D у, Но, Ег, Тm, Уb, Lu) и 14 актиноидов (Тh, Ра, U, Np, Рu, Аm, Сm, Вk, Сf, Еs, Fm, Мd, No, Lr).
Среди переходных металлов выделяют так-же редкоземельные металлы (Sc , Y , La и лан-таноиды), платиновые металлы (Ru , Rh , Pd , Оs , Ir , Рt ), трансурановые металлы (N р и элементы с большей атомной массой).
Помимо химической существует также, хотя и не общепринятая, но издавна сложившаяся техническая классификация металлов. Она не так логична, как химическая, - в основе её лежит то один, то другой практически важный признак металла. Железо и сплавы на его основе относят к чёрным металлам, все прочие метал-лы - к цветным. Различают лёгкие (Li , Ве, Мg , Тi и др.) и тяжёлые металлы (Мn , F е, Со, Ni , Сu , Zn , Сd , Hg , Sn , Рb и др.), а также группы тугоплавких (Тi , Zr , Hf , V , Nb , Та, Сr , Мо, W , R е), драгоценных (Аg , Аu , платиновые металлы) и радиоактивных (U , Тh , N р, Рu и др.) металлов. В геохимии выделяют также рассеянные (Ga , Ge , Hf , Re и др.) и редкие (Zr , Hf , Nb , Ta , Mo , W , Re и др.) металлы. Как видно между группами четких границ не существует.
Историческая справка
Несмотря на то, что жизнь человеческого общества без металлов невозможна, никто точно не знает, когда и как человек начал впервые ими пользоваться. Самые древние дошедшие до нас письмена повествуют о примитивных мастерских, в которых выплав-или металл и изготавливали из него изделия. Значит, человек овладел металлами раньше, чем письменность. Раскапывая древние поселения, археологи находят орудия труда и охоты, которыми пользовался человек в те далёкие времена, - ножи, топоры, наконечники для стрел, иглы, рыболовные крючки и многое другое. Чем древнее поселения, тем грубее и при-митивнее были изделия человеческих рук. Са-мые древние изделия из металлов были найдены при раскопках поселений, существовавших около 8 тысяч лет назад. Это были в основном украшения из золота и серебра и наконечники стрел и копий из меди.
Греческое слово «металлон» первоначально оз-начало копи, рудники, отсюда и произошёл тер-мин «металл». В древности считалось, что су-ществует только 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Это число соотносилось с числом известных тогда планет -Солнцем (золото), Луной (серебро), Венерой (медь), Юпитером (олово), Сатурном (свинец), Марсом (железо), Меркурием (ртуть) (см. ри-сунок). По алхимическим представлениям, ме-таллы зарождались в земных недрах под вли-янием лучей планет и постепенно совершенст-вовались, превращаясь в золото.
Человек сначала овладел самородными метал-лами - золотом, серебром, ртутью. Первым ис-кусственно полученным металлом была медь, затем удалось освоить получение сплава меди соловом - бронзы и только позднее - железа. В 1556 г. в Германии была издана книга не-мецкого металлурга Г. Агриколы «О горном де-ле и металлургии» - первое дошедшее до нас детальное руководство по получению металлов. Правда, в то время свинец, олово и висмут ещё считали разновидностями одного металла. В 1789 г. французский химик А. Лавуазье в сво-ём руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тог-да металлы - сурьму, серебро, висмут, кобальт, олово, железо, марганец, никель, золото, пла-тину, свинец, вольфрам и цинк. По мере раз-вития методов химического исследования число известных металлов стало быстро возрастать. В 18 в. было открыто 14 металлов, в 19 в. - 38, в 20 в. - 25 металлов. В первой половине 19 в. были открыты спутники платины, получены пу-тём электролиза щелочные и щёлочноземельные металлы. В середине века методом спектрального анализа были открыты цезий, рубидий, таллий и индий. Блестяще подтвердилось су-ществование металлов, предсказанных Д. И. Мен-делеевым на основе его периодического закона (это галлий, скандий и германий). Открытие радиоактивности в конце 19 в. повлекло за со-бой поиски радиоактивных металлов. Наконец, методом ядерных превращений в середине 20 в. были получены не существующие в природе ра-диоактивные металлы, в частности трансурано-вые элементы.
Физические и химические свойства металлов.
Все металлы - твер-дые вещества (кроме ртути, которая при обычных условиях жидкая), они отличаются от неметаллов особым видом связи (металлическая связь). Валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом, и внутри каждого металла существует так называемый электронный газ. Большинство металлов имеют кристаллическую структуру, и металл можно представить как «жесткую» кристаллическую решетку из положительных ионов (катионов). Эти электроны могут более или менее передвигаться по металлу. Они компенсируют силы отталкивания между катионами и, тем самым, связывают их в компактное тело.
Все металлы об-ладают высокой электрической проводимостью (т. е. они про-водники в отличие от неметаллов-диэлектриков), особенно медь, серебро, золото, ртуть и алюминий; высока и теплопро-водность металлов. Отличительным свойством многих метал-лов является их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы (фольгу) и вытянуты в проволоку (олово, алюминий и др.), однако встречаются и до-статочно хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут).
В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси, называемые сплавами. В сплаве свойства одного компонента обычно удачно дополняют свойства другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для из-готовления деталей машин, сплавы же меди с цинком, назы-ваемые латунью, являются уже достаточно твердыми и широ-ко используются в машиностроении. Алюминий обладает хо-рошей пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав аюралюмин (дюраль), содержащий медь, магний и марганец. Дюралюмин, не теряя свойств своего алюминия, приобретает высокую твердость и поэтому используется в авиационной технике. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) - это известные чугун и сталь.
Металлы очень сильно различаются по плотности: у лития она почти вдвое меньше, чем у воды (0,53 г/см), а у осмия - более чем в 20 раз выше (22,61 г/см 3). Отличаются металлы и по твёрдости. Самые мягкие - щелочные металлы они легко режутся ножом; самый твердый металл - хром - режет стекло. Велика разница температур плавления металлов: ртуть - жидкость при обычных условиях, цезий и галлий плавятся при температуре человеческого тела, а самый тугоплавкий металл - вольфрам имеет температуру плавления 3380 °С. Металлы, температура плавления которых выше 1000 °С, от-носят к тугоплавким металлам, ниже - к легкоплавким. При высоких температурах металлы способны испускать электроны, что используется в электронике и термоэлектрических генераторах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Железо, кобальт, никель и гадолиний после помещения их в магнитное поле способны постоянно сохранять состояние намагниченности.
Металлам присуще некоторые и химические свойства. Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы. Поэтомц металлы являются восстановителями. В этом, собственно, и состоит их главное и наиболее общее химическое свойство.
Очевидно, металлы как восстановители будут вступать в реакции с различными окислителями, среди которых могут быть простые ве-щества, кислоты, соли менее активных металлов и некоторые другие соединения. Соединения металлов с галогенами называются галогенидами, с серой - сульфидами, с азотом - нитридами, с фосфо-ром - фосфидами, с углеродом - карбидами, с кремнием - сили-цидами, с бором - боридами, с водородом - гидридами и т. д. Многие из этих соединений нашли важное применение в новой тех-нике. Например, бориды металлов используются в радиоэлектрони-ке, а также в ядерной технике в качестве материалов для регулиро-вания нейтронного излучения и защиты от него.
Под действием концентрированных кислот-окислителей на некоторых металлах также образуется устойчивая оксид-ная пленка. Это явление называется пассивацией. Так, в кон-центрированной серной кислоте пассивируются (и не реагиру-ют с ней) такие металлы, как Ве, Вi , Со, F е, Mg , и Nb , а в кон-центрированной азотной кислоте - металлы Аl , Ве, Вi , Со, Сг, F е, Nb , Ni , Рb , Тh и U .
Чем левее расположен металл в этом ряду, тем больши-ми восстановительными свойствами он обладает, т. е. легче окисляется и переходит в виде катиона в раствор, но зато труднее восстанавливается из катиона в свободное состояние.
В ряд напряжений помещен один неметалл - водород, по-скольку это позволяет определить, будет ли данный металл реагировать с кислотами - неокислителями в водном растворе (точнее - окисляться катионами водорода Н +). Например, цинк реагирует с хлороводородной кислотой, так как в ряду напряжений он стоит левее (до) водорода. Напротив, серебро не переводится в раствор хлороводородной кислотой, поскольку оно стоит в ряду напряжений правее (после) водорода. Аналогично ведут себя металлы в разбавлен-ной серной кислоте. Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, называют благородными (Ag , Pt , Au и др.)
Система Д. И. Менделеева подразделяется на... период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. Элементы 2 ...
Периодическая система элементов Менделеева
Реферат >> ХимияII. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Открытие Д.И. Менделеевым Периодического закона Структура Периодической системы а) ... - неметалл, а висмут - металл ). В Периодической системе типичные металлы расположены в IА группе (Li ...
Периодический закон Д.И. Менделеева (2)
Биография >> БиологияСоединений. Он определил, что металлам соответствуют основные оксиды и основания, ... и гидроксидов у некоторых металлов вносило путаницу. Классификация была... атомов химических элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева изменяются монотонно, поэтому...
Периодическая система и её значение в развитии химии Д.И. Менделеева
Реферат >> ХимияПериодов относятся к s-элементам (щелочные и щёлочноземельные металлы ), составляющим Ia- и IIa-подгруппы (выделены... научная основа преподавания химии. Вывод Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно...
Бо льшая часть известных химических элементов образует простые вещества металлы.
К металлам относятся все элементы побочных (Б) подгрупп, а также элементы главных подгрупп, расположенные ниже диагонали «бериллий - астат» (Рис. 1). Кроме того, химические элементы металлы образуют группы лантаноидов и актиноидов.
Рис. 1. Расположение металлов среди элементов подгрупп А (выделены синим)
По сравнению с атомами неметаллов, атомы металлов имеют бо льшие размеры и меньшее число внешних электронов, обычно оно равно 1-2. Следовательно, внешние электроны атомов металлов слабо связаны с ядром, металлы их легко отдают, проявляя в химических реакциях восстановительные свойства.
Рассмотрим закономерности изменения некоторых свойств металлов в группах и периодах.
В периодах с увеличением заряда ядра радиус атомов уменьшается. Ядра атомов все сильнее притягивают внешние электроны, поэтому возрастает электроотрицательность атомов, металлические свойства уменьшаются. Рис. 2.
Рис. 2. Изменение металлических свойств в периодах
В главных подгруппах сверху вниз в атомах металлов возрастает число электронных слоев, следовательно, увеличивается радиус атомов. Тогда внешние электроны будут слабее притягиваться к ядру, поэтому наблюдается уменьшение электроотрицательности атомов и увеличение металлических свойств. Рис. 3.
Рис. 3. Изменение металлических свойств в подгруппах
Перечисленные закономерности характерны и для элементов побочных подгрупп, за редким исключением.
Атомы элементов металлов склонны к отдаче электронов. В химических реакциях металлы проявляют себя только как восстановители, они отдают электроны и повышают свою степень окисления.
Принимать электроны от атомов металлов могут атомы, составляющие простые вещества неметаллы, а также атомы, входящие в состав сложных веществ, которые способны понизить свою степень окисления. Например:
2Na 0 + S 0 = Na +1 2 S -2
Zn 0 + 2H +1 Cl = Zn +2 Cl 2 + H 0 2
Не все металлы обладают одинаковой химической активностью. Некоторые металлы при обычных условиях практически не вступают в химические реакции, их называют благородными металлами. К благородным металлам относятся: золото, серебро, платина, осмий, иридий, палладий, рутений, родий.
Благородные металлы очень мало распространены в природе и встречаются почти всегда в самородном состоянии (Рис. 4). Несмотря на высокую устойчивость к коррозии-окислению, эти металлы все же образуют оксиды и другие химические соединения, например, всем известны соли хлориды и нитраты серебра.
Рис. 4. Самородок золота
Подведение итога урока
На этом уроке вы рассмотрели положение химических элементов металлов в Периодической системе, а также особенности строения атомов этих элементов, определяющие свойства простых и сложных веществ. Вы узнали, почему химических элементов металлов значительно больше, чем неметаллов.
Список литературы
- Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013. (§28)
- Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§34)
- Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с. 86-87)
- Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) ().
- Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
- с. 195-196 №№ 7, А1-А4 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 9-й класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013.
- Какими свойствами (окислительными или восстановительными) может обладать ион Fe 3+ ? Ответ проиллюстрируйте уравнениями реакций.
- Сравните радиус атомов, электроотрицательность и восстановительные свойства натрия и магния.
