Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 51
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт/Факультет___________________________________________________________наименование института (факультета) Кафедра-_____________________________________________________________________наименование кафедры (структурного подразделения) Отчет по лабораторной работе_______________________________________________по дисциплине______________________________________________________________Выполнил студент ______________Номер группы____________________________(подпись)/ И.О. Фамилия____________________________(Дата)Принял____________________________________________(подпись)/ И.О. ФамилияИркутск 20__ гЦель работы: изучить химические свойства металлов научиться составлять уравнения реакций взаимодействия металлов с водой, кислотами, щелочами.Задание: провести реакции взаимодействия металлов с водой, щелочами, разбавленными и концентрированными растворами серной и азотной кислот. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.Выполнение работыВсе металлы по своим химическим свойствам являются восстановителями, т.е. они отдают электроны при протекании химической реакции. Атомы металлов относительно легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы.1.1. Взаимодействие металлов с простыми веществамиПри взаимодействии металлов с простыми веществами в качестве окислителей обычно выступают неметаллы. Металлы реагируют с неметаллами с образованием бинарных соединений.1. При взаимодействии с кислородом металлы образуют оксиды:2Mg + O2 2MgO, 2Cu + O2 2CuO.2. Металлы реагируют с галогенами (F2, Cl2, Br2, I2) с образованием солей галогеноводородных кислот:2Na + Br2 = 2NaBr, Ba + Cl2 = BaCl
2, 2Fe + 3Cl2 2FeCl3.3. При взаимодействии металлов с серой образуются сульфиды (соли сероводородной кислоты H2S):Hg + S = HgS, Zn + S = ZnS.4. С водородом взаимодействуют активные металлы с образованием гидридов металлов, которые являются солеподобными веществами:2Na + H2 2NaH, Ca + H2 CaH2.В гидридах металлов водород имеет степень окисления (-1).Металлы могут взаимодействовать и с другими неметаллами: азотом, фосфором, кремнием, углеродом с образованием соответственно нитридов, фосфидов, силицидов, карбидов. Например: 3Mg + N2 Mg3N2, 3Ca + 2P Ca3P2, 2Mg + Si Mg2Si,4Al + 3C Al4C3.5. Металлы могут также взаимодействовать между собой с образованием интерметаллических соединений:2Mg + Cu = Mg2Cu,2Na + Sb = Na2Sb.Интерметаллическими соединениями (или интерметаллидами) называют соединения, образуемые между собой элементами, которые относятся обычно к металлам.1.2. Взаимодействие металлов с водойВзаимодействие металлов с водой – это окислительно-восстановительный процесс, в котором металл является восстановителем, а вода выполняет роль окислителя. Реакция протекает по схеме:Me + nH2O = Me(OH)n + n/2 H2.С водой при обычных условиях взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы с образованием растворимых оснований и водорода:2Na + 2H2O = 2NaOH + H2,Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 .Магний реагирует с водой при нагревании:Mg + 2H2O
Реакция цинка с концентрированной серной кислотой.1) 3Zn + 4H2SO4(конц.) = 3ZnSO4 + 4H2O +S3Zn+8H++4SO42- = 3Zn2++SO42-+H2 + S2- + 4H2OZn0 – 2e-=Zn2+ - восст.S6+ - 6e- = S0 – окисл.Реакция меди с концентрированной кислотой.2) Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2H2 Cu + 2H(+) + SO4(2-) = Cu(2+) + SO4(2-) + H2 Cu + 2H(+) = Cu(2+) + H24) Металлы реагируют с концентрированной серной кислотой, образуя соответствующие соли и выделяеся диоксид серы и водород. При этом металлический сплав может быть разложен на отдельные компоненты.Опыт 3. Действие разбавленной и концентрированной азотной кислоты на металлы. 1) Реакция цинка с разбавленной азотной кислотой. 4Zn + 10HNO3(разб.) = 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 4 2 восстановитель (окисление) N+5 + 4ē ⟶ N+ 4 1 окислитель (восстановление)Реакция меди с разбавленной азотной кислотой. 3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 2H2O Cu0 - 2ē ⟶ Cu+2 6 2 восстановитель (окисление) N+5 + 3ē ⟶ N2+ 6 1 окислитель (восстановление)2) Реакция цинка с концентрированной азотной кислотой. Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 2 1 восстановитель (окисление) N+5 + 1ē ⟶ N+4 2 2 окислитель (восстановление) Реакция Меди с концентрированной азотной кислотой
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 2H2O Cu0 - 2ē ⟶ Cu+2 2 2 восстановитель (окисление) N+5 + 1ē ⟶ N4+ 2 1 окислитель (восстановление)3) Металлы реагируют с концентрированной и разбавленной азотной кислотой, образуя соответствующие нитраты и выделяя оксидные газы. При этом, чем более активен металл, тем быстрее протекает реакция.Опыт 4. Действие щелочи на металлы. Zn + 2NaOH + 2H2O ⟶ Na2[Zn(OH)4] + H2↑ Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 2 1 восстановитель (окисление) 2H+ + 2ē ⟶ H20 2 1 окислитель (восстановление) 2Al + 6NaOH (t)⟶ 2Na3AlO3 + 3H2↑ Al0 - 3ē ⟶ Al+3 6 2 восстановитель (окисление) 2H+ + 2ē ⟶ H20 6 3 окислитель (восстановление)Металлы, которые реагируют с щелочами, включают алюминий (Al), калий (K), натрий (Na), магний (Mg) и цезий(Cs). Реакция металла с щелочью приводит к образованию гидроксида металла и выделению водорода.Вывод: В ходе данной лабораторной работы мы изучили свойства металлов, свойства кислот, узнали разницу реакций с разбавленной и концентрированной кислотой а также с щелочью.
2, 2Fe + 3Cl2 2FeCl3.3. При взаимодействии металлов с серой образуются сульфиды (соли сероводородной кислоты H2S):Hg + S = HgS, Zn + S = ZnS.4. С водородом взаимодействуют активные металлы с образованием гидридов металлов, которые являются солеподобными веществами:2Na + H2 2NaH, Ca + H2 CaH2.В гидридах металлов водород имеет степень окисления (-1).Металлы могут взаимодействовать и с другими неметаллами: азотом, фосфором, кремнием, углеродом с образованием соответственно нитридов, фосфидов, силицидов, карбидов. Например: 3Mg + N2 Mg3N2, 3Ca + 2P Ca3P2, 2Mg + Si Mg2Si,4Al + 3C Al4C3.5. Металлы могут также взаимодействовать между собой с образованием интерметаллических соединений:2Mg + Cu = Mg2Cu,2Na + Sb = Na2Sb.Интерметаллическими соединениями (или интерметаллидами) называют соединения, образуемые между собой элементами, которые относятся обычно к металлам.1.2. Взаимодействие металлов с водойВзаимодействие металлов с водой – это окислительно-восстановительный процесс, в котором металл является восстановителем, а вода выполняет роль окислителя. Реакция протекает по схеме:Me + nH2O = Me(OH)n + n/2 H2.С водой при обычных условиях взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы с образованием растворимых оснований и водорода:2Na + 2H2O = 2NaOH + H2,Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 .Магний реагирует с водой при нагревании:Mg + 2H2O
Mg(OH)2 + H2 .
Опыт 1. Взаимодействие металлов с водой.
Реакция натрия с водой.
2Na+2H2O = 2NaOH+H2
2Na++2H2O = 2 Na++OH-+H2+
OH-+H+=H2O
1) Когда натрий реагирует с водой, происходит быстрая и интенсивная реакция. Натрий активно взаимодействует с молекулами воды, выделяя при этом большое количество тепла и газообразного водорода.
2) Активные металлы реагируют с водой, образуя гидроксид и выделяются водород. К таким металлам относятся натрий (Na), калий (K), литий (Li) и цезий (Cs).
Опыт 2. Действие разбавленной и концентрированной серной кислоты на металлы.
Реакция железа с разбавленной серной кислотой.
1) Fe+H2SO4(разб) = FeSO4+H2
Fe 0 + 2H + + SO4 2- = Fe 2+ + SO4 2- + H2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H2+
Реакция цинка с разбавленной серной кислотой.
2) Zn+H2SO4(разб) = ZnSO4+H2
Zn0+2H++SO42- = Zn2++SO42-+H2
Zn0+2H+ = Zn2++H2
3) Cu + H2SO4(разб) =
Т.к. медь в элекрохимическом ряду стоит после водорода. Cu с H2SO4 разб не вступает в реакцию.
Взаимодействие кислот с металлами возможно, если металл стоит до водорода в ряду напряжений металлов, и если на поверхности металла не образуется нерастворимой пленки, а продуктами реакции являются соль и водород.
Реакция цинка с концентрированной серной кислотой.1) 3Zn + 4H2SO4(конц.) = 3ZnSO4 + 4H2O +S3Zn+8H++4SO42- = 3Zn2++SO42-+H2 + S2- + 4H2OZn0 – 2e-=Zn2+ - восст.S6+ - 6e- = S0 – окисл.Реакция меди с концентрированной кислотой.2) Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2H2 Cu + 2H(+) + SO4(2-) = Cu(2+) + SO4(2-) + H2 Cu + 2H(+) = Cu(2+) + H24) Металлы реагируют с концентрированной серной кислотой, образуя соответствующие соли и выделяеся диоксид серы и водород. При этом металлический сплав может быть разложен на отдельные компоненты.Опыт 3. Действие разбавленной и концентрированной азотной кислоты на металлы. 1) Реакция цинка с разбавленной азотной кислотой. 4Zn + 10HNO3(разб.) = 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 4 2 восстановитель (окисление) N+5 + 4ē ⟶ N+ 4 1 окислитель (восстановление)Реакция меди с разбавленной азотной кислотой. 3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 2H2O Cu0 - 2ē ⟶ Cu+2 6 2 восстановитель (окисление) N+5 + 3ē ⟶ N2+ 6 1 окислитель (восстановление)2) Реакция цинка с концентрированной азотной кислотой. Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 2 1 восстановитель (окисление) N+5 + 1ē ⟶ N+4 2 2 окислитель (восстановление) Реакция Меди с концентрированной азотной кислотой
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 2H2O Cu0 - 2ē ⟶ Cu+2 2 2 восстановитель (окисление) N+5 + 1ē ⟶ N4+ 2 1 окислитель (восстановление)3) Металлы реагируют с концентрированной и разбавленной азотной кислотой, образуя соответствующие нитраты и выделяя оксидные газы. При этом, чем более активен металл, тем быстрее протекает реакция.Опыт 4. Действие щелочи на металлы. Zn + 2NaOH + 2H2O ⟶ Na2[Zn(OH)4] + H2↑ Zn0 - 2ē ⟶ Zn+2 2 1 восстановитель (окисление) 2H+ + 2ē ⟶ H20 2 1 окислитель (восстановление) 2Al + 6NaOH (t)⟶ 2Na3AlO3 + 3H2↑ Al0 - 3ē ⟶ Al+3 6 2 восстановитель (окисление) 2H+ + 2ē ⟶ H20 6 3 окислитель (восстановление)Металлы, которые реагируют с щелочами, включают алюминий (Al), калий (K), натрий (Na), магний (Mg) и цезий(Cs). Реакция металла с щелочью приводит к образованию гидроксида металла и выделению водорода.Вывод: В ходе данной лабораторной работы мы изучили свойства металлов, свойства кислот, узнали разницу реакций с разбавленной и концентрированной кислотой а также с щелочью.