Тема 6. Металлы: общие свойства и ряд активности

Электрохимический ряд напряжений, взаимодействие металлов с водой, кислотами и растворами солей. 100 заданий на отработку.

Простыми словами

Металлы — «щедрые» атомы: они легко отдают внешние электроны. Одни делают это так охотно, что бурно реагируют даже с водой (натрий, калий), другие почти не отдают (золото веками лежит в земле без изменений). Кто кого активнее — показывает ряд активности.

Ряд активности (напряжений) металлов

Чем левее металл, тем легче он отдаёт электроны

Чем левее металл, тем он активнее: легче отдаёт электроны, сильнее его восстановительные свойства. Из двух металлов активнее тот, что стоит левее: Li активнее Ba, Mg активнее Zn.

Начало ряда запоминают фразой: «Лиса Как-то Бабушку Катала На Машине Алюминиевой…» — Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al. Дальше Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Три правила

Металл + водаLi, K, Ba, Ca, Na — реагируют при обычных условиях, образуя щёлочь и водород:

2Na + 2 H_{2} O \to 2NaOH + H_{2} ↑

. Mg, Al, Zn, Fe с холодной водой практически не реагируют; Cu, Hg, Ag, Pt, Au — не реагируют вовсе.

Металл + кислотаМеталл вытесняет водород из разбавленной кислоты (

HCl

, разб.

H_{2} S O_{4}

), только если стоит левее (H):

Mg + 2HCl \to MgC l_{2} + H_{2} ↑

Cu + HCl

— не идёт.

Металл + раствор солиБолее активный металл вытесняет менее активный:

Fe + CuS O_{4} \to FeS O_{4} + Cu

;

Cu + FeS O_{4}

— не идёт.

Вытеснит ли магний цинк из раствора $ZnS O_{4}$ ?

В ряду Mg стоит левее Zn — магний активнее.
Значит, вытеснит: $Mg + ZnS O_{4} \to MgS O_{4} + Zn$ . С $Zn (N O_{3})_{2}$ — так же.

$Mg + 2HCl \to MgC l_{2} + H_{2} ↑$ (у HCl коэффициент 2: хлора нужно два).
$Mg + H_{2} S O_{4} \to MgS O_{4} + H_{2} ↑$ .
$2Al + 6HCl \to 2AlC l_{3} + 3 H_{2} ↑$ .

Железо с кислотами даёт соль железа(II): $Fe + 2HCl \to FeC l_{2} + H_{2} ↑$ , а не $FeC l_{3}$ . Металлы Li, K, Ba, Ca, Na для вытеснения из солей не годятся: в растворе они реагируют с водой, а не с солью. Азотная и концентрированная серная кислоты реагируют с металлами иначе — без выделения водорода.

Общие физические свойства

В металлах металлическая связь: ион-атомы в узлах решётки и общие свободные электроны («электронный газ»). Отсюда общие свойства:

Свойство	Почему
металлический блеск, непрозрачность	свободные электроны отражают свет
электро- и теплопроводность	свободные электроны переносят заряд и энергию
ковкость, пластичность	слои ион-атомов могут смещаться, не разрушая металлическую связь

Самый лёгкий металл — литий, самый электропроводный — серебро, самый легкоплавкий — ртуть (жидкая при обычных условиях), самый тугоплавкий — вольфрам.

Металлы: ещё факты

У атомов металлов на внешнем слое мало электронов (обычно 1–3), и они легко их отдают — металлы восстановители.
Самый распространённый металл в земной коре — алюминий (за ним железо).
Коррозия — разрушение металлов под действием окружающей среды (ржавление железа).
Пирометаллургия — получение металлов восстановлением их оксидов при высокой температуре углём, $CO$ или другими восстановителями: $F e_{2} O_{3} + 3CO \to 2Fe + 3C O_{2}$ .
Сталь — сплав железа с углеродом, где углерода менее 2 %; чугун — более 2 %.
Металлы левее водорода в ряду активности вытесняют его из соляной и разбавленной серной кислоты: $Zn + 2HCl \to ZnC l_{2} + H_{2} ↑$ , $Ni + H_{2} S O_{4} \to NiS O_{4} + H_{2} ↑$ .

Примеры заданий

Это несколько заданий из тренажёра, остальные — в тренажёре в начале страницы.

Какое общее физическое свойство есть у всех металлов?

Металлический блеск и электропроводность
Хрупкость
Способность растворяться в воде
Прозрачность

Показать ответ

Ответ: Металлический блеск и электропроводность
Решение. Свободные электроны металлической решётки дают блеск, тепло- и электропроводность.

Почему металлы ковкие и пластичные?

Между атомами нет никакой связи
Металлы имеют ионную решётку
Слои ион-атомов могут смещаться, не разрушая металлическую связь
Металлы состоят из молекул

Показать ответ

Ответ: Слои ион-атомов могут смещаться, не разрушая металлическую связь
Решение. Электронный газ удерживает ион-атомы даже при сдвиге слоёв — металл гнётся, а не крошится.

Какую роль играют металлы в химических реакциях?

И тех и других в равной мере
Металлы в ОВР не участвуют
Только окислителей
Только восстановителей

Показать ответ

Ответ: Только восстановителей
Решение. Атом металла отдаёт электроны, значит, простое вещество-металл — восстановитель.

Какой металл самый электропроводный?

Серебро
Алюминий
Медь
Железо

Показать ответ

Ответ: Серебро
Решение. Серебро — рекордсмен по электропроводности, за ним медь.

Какой металл при обычных условиях жидкий?

Ртуть
Натрий
Свинец
Олово

Показать ответ

Ответ: Ртуть
Решение. Ртуть — единственный металл, жидкий при комнатной температуре.

Какой металл самый распространённый в земной коре?

Натрий
Медь
Алюминий
Железо

Показать ответ

Ответ: Алюминий
Решение. Алюминий — самый распространённый металл земной коры.

Что означает положение металла левее водорода в ряду активности?

Он всегда реагирует с водой
Он реагирует только со щелочами
Он вытесняет водород из растворов кислот
Он не реагирует с кислотами

Показать ответ

Ответ: Он вытесняет водород из растворов кислот
Решение. Металлы левее H вытесняют водород из разбавленных кислот.

Какие металлы НЕ вытесняют водород из разбавленных кислот?

Только металлы I и II групп
Стоящие правее водорода: Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Только щелочные металлы
Все металлы вытесняют водород

Показать ответ

Ответ: Стоящие правее водорода: Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Решение. Cu, Hg, Ag, Pt, Au стоят правее H и водород из кислот не вытесняют.