1. Какими особенностями строения отличаются: а) атомы; б) кристаллы металлов? Как их строение определяет свойства этого класса веществ? Каким одним словом можно охарактеризовать химические свойства металлов?
Атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов и сравнительно большие атомные радиусы. Это позволяет им легко отдавать электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.
Кристаллы металлов состоят из положительных ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки, и "электронного газа" — свободных электронов, перемещающихся между ионами. Благодаря такому строению металлы обладают высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью и металлическим блеском.
Химические свойства металлов можно охарактеризовать одним словом — восстановители, так как они отдают электроны в химических реакциях.
2. Что такое электрохимический ряд напряжений металлов? Какими двумя правилами ряда напряжений характеризуются свойства металлов?
Электрохимический ряд напряжений металлов — это упорядоченный список металлов, расположенных в порядке уменьшения их способности отдавать электроны (восстановительной способности).
Два основных правила:
Металл, стоящий в ряду левее (имеющий более отрицательный стандартный электродный потенциал), активнее и способен вытеснять металлы, стоящие правее, из растворов их солей. Металлы, расположенные до водорода, способны взаимодействовать с кислотами, выделяя водород, а металлы после водорода — нет.
3. Какие условия необходимы для взаимодействия металлов с растворами кислот?
Для реакции металла с кислотой необходимо, чтобы металл находился в электрохимическом ряду напряжений до водорода. Такие металлы способны вытеснять водород из кислоты, образуя соль и выделяя газообразный водород.
4. Какие условия необходимы для взаимодействия металлов с растворами солей?
Реакция возможна, если металл, вводимый в раствор соли, находится в электрохимическом ряду напряжений левее металла, входящего в состав соли. В таком случае более активный металл вытеснит менее активный, осаждая его из раствора.
5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
а) натрий - > пероксид натрия - > оксид натрия - > гидроксид натрия - > сульфат натрия; б) железо - > хлорид железа (II) - > хлорид железа (III) - > гидроксид железа (III) - > оксид железа (III) - > железо; в) кальций - > оксид кальция - > гидроксид кальция - > карбонат кальция - > гидрокарбонат кальция - > карбонат кальция - > хлорид кальция - > кальций.
а) Натрий → Пероксид натрия → Оксид натрия → Гидроксид натрия → Сульфат натрия
Натрий → Пероксид натрия: 2Na + O2 → Na2O2 (пероксид натрия)
Пероксид натрия → Оксид натрия: Na2O2 → 2Na2O + O2 (при нагревании)
Оксид натрия → Гидроксид натрия: Na2O + H2O → 2NaOH (гидроксид натрия)
Гидроксид натрия → Сульфат натрия: 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O (сульфат натрия)
б) Железо → Хлорид железа (II) → Хлорид железа (III) → Гидроксид железа (III) → Оксид железа (III) → Железо
Железо → Хлорид железа (II): Fe + Cl2 → FeCl2 (хлорид железа (II))
Хлорид железа (II) → Хлорид железа (III): 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3 (хлорид железа (III))
Хлорид железа (III) → Гидроксид железа (III): FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl (гидроксид железа (III))
Гидроксид железа (III) → Оксид железа (III): 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (окисление, оксид железа (III))
Оксид железа (III) → Железо: 3Fe2O3 + 6H2 → 6Fe + 9H2O (восстановление водородом)
в) Кальций → Оксид кальция → Гидроксид кальция → Карбонат кальция → Гидрокарбонат кальция → Карбонат кальция → Хлорид кальция → Кальций
Кальций → Оксид кальция: 2Ca + O2 → 2CaO (оксид кальция)
Оксид кальция → Гидроксид кальция: CaO + H2O → Ca(OH)2 (гидроксид кальция)
Гидроксид кальция → Карбонат кальция: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (карбонат кальция)
Карбонат кальция → Гидрокарбонат кальция: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 (гидрокарбонат кальция)
Гидрокарбонат кальция → Карбонат кальция: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O (декарабоноизация)
Карбонат кальция → Хлорид кальция: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (реакция с кислотой)
Хлорид кальция → Кальций: CaCl2 + H2 → Ca + 2HCl (восстановление водородом)
6. Что такое коррозия металлов? Какие виды коррозии различают?
Коррозия металлов — это процесс разрушения металлов, вызванный химическими или электрохимическими реакциями с окружающей средой, чаще всего с кислородом, влагой и кислотами. В результате коррозии металл теряет свои физико-химические свойства, что может привести к его разрушению. Основные виды коррозии:
Атмосферная коррозия — вызвана воздействием влаги, кислорода и загрязняющих веществ в воздухе. Электрохимическая коррозия — происходит, когда металл вступает в контакт с электролитом (например, в воде) и происходит токоотвод. Гальваническая коррозия — происходит в результате контакта различных металлов, образующих пару с разными электродными потенциалами. Структурная коррозия — происходит из-за воздействия высоких температур, при которых металл теряет прочность.
7. Запишите уравнения всех возможных реакций, в результате которых литий корродирует на воздухе.
Литий при взаимодействии с кислородом и влагой из воздуха корродирует следующим образом:
Литий с кислородом: 4Li + O2 → 2Li2O (оксид лития)
Литий с влагой: 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2 (гидроксид лития и водород)
8. Что такое гальваностегия? Как её используют для защиты металлов от коррозии?
Гальваностегия — это процесс осаждения металлов на поверхность других материалов с использованием тока (электролиза). Этот метод широко используется для защиты металлов от коррозии. Наиболее часто используют осаждение меди, никеля, золота или серебра. Это покрытие образует защитный слой, который препятствует воздействию агрессивных факторов внешней среды.
9. Подготовьте, используя возможности Интернета, сообщение-презентацию о способах защиты металлов от коррозии.
Покрытие металлов защитными слоями:
Оцинкование — покрытие стали цинком для защиты от атмосферной коррозии. Лакировка и покраска — использование различных покрытий для изоляции металла от воздействия влаги и кислорода. Гальваническое покрытие — осаждение защитных металлов, таких как никель или хром, с помощью электролиза. Коррозионная защита при помощи катодной защиты:
Установка анодов, которые подают ток и защищают металлические конструкции от разрушения. Использование ингибиторов коррозии:
Введение в окружающую среду веществ, которые замедляют или предотвращают коррозионные процессы. Герметизация соединений:
Применение герметиков и уплотнителей для защиты металлов от влаги и кислорода.