Аналогично протекает коррозия железа в кислотной среде, например в воде, содержащей растворенные газы С 02 и 8 0 2 {водородная коррозия):
Ре° - 2е~ = Ре2+,
2Н+ + 2е~ = Н$ (рН < 7).
Особенно коррозионно-опасным можем быть место контакта двух^ разнородных металлов - контактная корро зия,. Между одним металлом, например Ре, и другим метал лом, например 8п или Си, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более актив ного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Ре), к менее активному металлу (8п, Си) и более активный металл разрушается (корродирует).
Именно из-за этого ржавеет луженая поверхность кон сервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напро тив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).
Сопротивление коррозии для данного металла усили вается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так, покрытие железа хромом или изготовле ние сплавов железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и стали, содержащие хром {нержа веющие стали) имеют высокую коррозионную стойкость.
Общими способами получения металлов являются: электрометаллургия, т. е. получение металлов электроли
зом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов их солей;
пирометаллургия, т. е. восстановление металлов из их руд при высокой температуре (например, получение железа с помощью доменного процесса);
гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора Си804 вытеснением цинком, железом или алюминием).
В природе металлы встречаются иногда в свободном / виде, например, самородные ртуть, серебро и золото, а чаще-в виде соединений (металлических руд). Самые актив ные металлы, конечно, присутствуют в земной коре только в связанном виде.
160
Упражнения
16.1.Металлические элементы 8г, Сг, КЪ, Мп, Са, 08, 8п, V, Т\ расположите в ряд по возрастанию числа валентных электронов.
16.2.Имеется семь металлов: свинец, медь, ртуть, натрий, золото, серебро, вольфрам. Определите эти металлы по следующим физическим характеристикам: а) очень мягкий (режется ножом);
б) желтого цвета; в) имеет матовую поверхность; г) самый туго плавкий; д) жидкий при комнатной температуре; е) красного цвета; ж) обладает металлическим блеском и высокой электропровод ностью.
163. Сравните электронные конфигурации атомов марганца и хлора. Объясните их различие и причину нескольких степеней окисления у обоих элементов.
16.4. В водном растворе одновременно находятся катионы: а) 2п2+ и М§2+, б) Мп2+ и К+, в) Си2 и А13+. Предложите способы их разделения.
16.5. Составьте уравнения термических реакций:
СиО 4- С = |
МН4Ж )3 4- С = |
СиО 4- Н2 = |
А§28 4-.02 = А§ 4- ,.. |
Си(ЫОэ)2 = |
Аи2Оэ 4- СО = Аи 4- ... |
А§>Ю3 4- С = Ъп + КОН 4- КЖ )3 =
=К22п0 2 4* НН3 4* ...
16.6.Известно, что не все металлы вытесняют водород из кислот-неокислителей. Укажите металлы, которые не будут вытеснять водород:
свинец, магний, хром, ртуть, марганец, кадмий, платина, олово,
серебро, железо, золото
16.7.Составьте уравнения реакций между М§, А1, Мп, Ре, Сё
ихлороводородной кислотой. Будут ли протекать подобные реак
ции, если НС1 заменить на НВг, Н1, НСЮ4, Н2804 (конц.), НМ03(разб.)?.
16.8. Имеются следующие сплавы: а) алюмель (N1 4- А1 4- Мп 4- Ре);
б) баббит (8п 4- РЪ 4- Си); в) бронза (Си 4- 8п 4- А1 4- РЪ 4- Сг);
г) мельхиор (Си 4- N1 4- Ре 4- Мп); д) нихром (N1 4- Сг 4- А1);
е) хромель (N1 4- Сг 4- Со).
Как определить, какие сплавы полностью перейдут в раствор при обработке разбавленной серной кислотой?
16.9. Установите (устно), 1 моль цинка или 1 моль алюминия вытесняет при одинаковых условиях большой объем водорода из хлороводородной кислоты; 1 моль калия или 1 моль бария-из воды.
16.10. Железная пластинка, опущенная в раствор сульфата меди (II), покрывается слоем меди. Определите, в каких из
161
6-1945
следующих систем |
|
7п + РЪ (Ж )3)2= |
Со + МпЮ^ |
А§ + Н8(КОз)2 = |
РЬ + СгС13 = |
N1 + М§С12 = |
Си 4- А^ЬЮ/ |
пластинка металла-реагента окажется покрытой другим металлом из соли.
16.11.Железное изделие покрыто: а) хромом; б) никелем. Поясните процессы электрохимической коррозии в обоих случаях.
16.12.Марганец находится в воде и контактирует с медью. Сохранятся ли оба металла в неизменном виде?
,16.13. Составьте уравнения реакций:
СиС12 + Си = СиСЦ |
Ре2(804)3 4- Си = Ре804 4- ... |
СиО + НВг = |
к% + НЖ)3(разб.) ^ |
8п(Ж)3)2 + А1 = |
Мп02 + НС1(конц.) = |
Си + Н§(Ж)3)2 = |
СиС12 + К1 = СиЦ + ... |
16.14.Укажите реактивы, которыми можно перевести в раствор: а) медь; б) монетный сплав (Си 4- Д8.+ Аи); в) цинк; г) латунь (Си 4г 7п); д) чугун (Ре + С); е) феррохром (Ре 4- Сг).
16.15.Составьте уравнения электролиза: а) расплавов ЫН, С$С1, ВаВг2, СиС12; б) водных растворов Си804, Ва(ОН)2, ИаР, РеС12,
СаС12,■Са(ЬЮ3)2, А§И03.
16.16. Составьте уравнения гидролиза солей: сульфат марган ца (И), бромид аммония, нитрит калия, ацетат натрия, нитрат железа (III), карбонат цезия, сульфат диаммония-цинка (И), орто фосфат рубидия.
16.17. Проводят следующие реакции в водном растворе:
7п + НС1 = |
|
7п + |
Н20 + ОН" = |
7п 4- Н2804(конц.) = |
7п + Н+ 4- Мп04 = |
||
7п + Н1Ч03 |
(разб.) = |
2п + Н20 -|- Мп04 = |
|
2пЧН1Ч03 |
(оч. разб.) = |
7п 4- НС1 4- К*Ю3 = , |
|
2п804 + Ва8 = |
7п 4” Н20 4- |
||
|
|
4- НН4С1(конц.) = |
|
В каких случаях будет наблюдаться выделение газа? Составьте
уравнения реакций. |
, |
16.18. Как осуществить следующие превращения: |
|
а) Си -> СиО Си |
Си804 -> Си(ОН)2 -> Си(Ж)3)2 Си8; |
б) 7л —►2 пО —►2 п804 —►7п —►2 п12 —► |
|
^ К 2 Е2п (О Н )4] |
- > 2 п ( Н 0 3)2? ’ |
162
17. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ. НАТРИЙ. КАЛИЙ
Щелочные металлы-элементы 1А-группы Периодической системы. Электронная формула, характерная степень окисления, металлические свойства. Простые вещества и их восстановительная способность. Взаимодействие с кислородом. Пероксиды и надпероксиды, окислительные свойства.
Оксиды и гидроксиды щелочных металлов, основные свойства. Соли щелочных металлов, их растворимость в воде. Окраска пламени. Бинарные соединения щелочных металлов-нитриды, карбиды, гидриды. Распространение в природе и применение щелочных металлов и их соединений. Франций. ч
Натрий. Физико-химические свойства. Взаимодействие с водой, кислородом, хлором. Получение' натрия в промышленности. Важнейшие соединения натрия-хлорид, гидроксид, карбонат. Получение в промышленности и применение. '
Калий. Физико-химические свойства. Взаимодействие с водой, кислородом. Получение калия в промышленности. Важнейшие соединениня калия-гидроксид, нитрат, карбонат. Получение в промышленности и применение. Калийные удобрения.
Щелочные металлы. Элементы-литий 1л, натрий Ка, калий К, рубидий КЪ, цезий Сз и франций Рг составляют 1А-группу Периодической системы. Групповое название этих элемен тов-и/елочные металлы.
На валентном электронном уровне атомов щелочных металлов содержится по одному электрону (т1). В соедине ниях эти металлы проявляют единственную степень окисле ния (+ 1). Электроотрицательность щелочных металлов очень низка, а цезий и франций-самые электроположитель ные элементы (%= 0,86). Это обусловливает существование их в виде однозарядных катионов, образующих с боль шинством известных анионов соответствующие соли или солеобразные бинарные соединения.
По химическим свойствам элементы 1А-группы являются типичными металлами; кристаллы их солей и бинарных соединений-ионные, щелочные металлы в свободном виде проявляют высокую восстановительную способность (в том числе и в водном растворе, см. Приложение 4), их оксиды и гидроксиды имеют сильнощелочной характер, получение щелочных металлов возможно только путем электролиза расплава их галогенидов или гидроксидов.
При сгорании на воздухе щелочные металлы образуют различные соединения с увеличивающимся содержанием кйслорода от 1л к Сз:
лйтий-оксид 1л20
163
6*
натрий-пероксид Ка20 2
калий, рубидий, цезий-надпероксиды К 0 2, КЮ 2, С$02
На холоду у всех элементов 1А-группы образуются оксиды
м2о (м= и - Сз).
Оксиды М20 являются типичными основными оксидами. При взаимодействии с водой (М20 + Н20 = 2МОН) они образуют основные гидроксиды МОН, которые хорошо растворимы в воде, полностью диссоциированы в водном растворе и создают сильнощелочную среду (МОН = М + +
+ОН“). Их часто называют щелочами.
Вузлах ионных кристаллических решеток пероксидов щелочных металлов М20 2. находятся пероксид-ионы 0\~ (или “0 —0 “), а в узлах решеток надпероксидов М 02- надпероксид-ионы Ог (или О—0 “). Кроме того, для К, КЪ
иСз полученьГ озониды МОэ, содержащие озонид-ицны Оз (или О—О—О“). Пероксиды, надпероксиды и озониды являются очень сильными окислителями за счет избыточ ного кислорода, например:
а) Иа20 2 + СО = Иа2С 03,
Ыа20 2 + 2Н2804 + 2Иа1 = \2[ + 2Н20 + 2Ыа2804;
б) 2К 02 + 8 = К2804,
2К02 + 2>Шз = 2КОН + И2 + 2Н26,
в) 4СзОэ + 2Н20 = 4СзОН + 502 2СзОэ + 4НС1 = 2СзС1 + С12Т + 2 0 2| + 2НгО.
Соли щелочных металлов, за редким исключением (1лР, Ы2С 0 3, Ы3Р 0 4, СзСЮ4) хорошо растворимы в воде; гидролиз по катиону отсутствует, среда в растворах таких солей, как 1лС1, ]ШЧ03 и Сз28 0 4-нейтральная. Катионы щелочных металлов окрашивают пламя газовой горелки в различные цвета:
П+ |
Иа+ |
К +, КЪ+, Сз+ |
темно-красный |
желтый |
сине-фиолетовый |
Соли щелочных металлов используют в пиротехнических составах для фейерверков.
Щелочные металлы образуют много бинарных соедине ний, самыми известными из которых являются нитриды
М3И, карбиды (ацетилениды) М2С2 и гидриды МН. Все они энергично разлагаются водой:
1л3Ы + ЗН20 = 31ЛОН + 1ЧН31,
164