Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ - Лидин Ростислав Александрович - Страница 16

Fe + 2KOH + 2KNO 3= K 2FeO 4+ 3KNO 2+ H 2O (420 °C)

и электролизе в растворе:

(феррат калия образуется на аноде).

Качественные реакции на ионыFe 2+и Fe 3+.Обнаружение ионов Fe 2+и Fe 3+в водном растворе проводят с помощью реактивов K 3[Fe(CN) 6] и K 4[Fe(CN) 6] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, KFe III[Fe II(CN) 6]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь,или турнбуллева синь:

Fe 2++ К ++ [Fe(CN) 6] 3-= KFe III[Fe II(CN) 6]v

Fe 3++ K ++ [Fe(CN) 6] 4-= KFe III[Fe II(CN) 6]v

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

K 3[Fe(CN) 6] – гексацианоферрат (III) калия

K 4[Fe(CN) 6] – гексацианоферрат (II) калия

KFe III[Fe II(CN) 6] – гексацианоферрат (II) железа(III) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fe 3+является тиоцианат-ион NCS -, железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

Fe 3++ 6NCS– = [Fe(NCS) 6] 3-

Этим реактивом (например, в виде соли KNCS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

6.4. Общие свойства металлов. Коррозия

Элементы с металлическимисвойствами расположены в IA – VIAгруппах Периодической системы (табл. 7).

Металлами являются также все элементы, расположенные в IБ – VIIIБ-группах ( переходные металлы).

В настоящее время в Периодической системе 92 металла.

Типичнымиметаллами являются s-элементы (элементы IA-группы от Li до Fr, элементы IIA-группы от Mg до Ra). Общая электронная формула их атомов ns 1–2. Для них характерны степени окисления +I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1–2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами – это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К +Br -, Са 2+O 2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами – гидроксидов и солей, например Mg 2+(OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Be-Al-Ge-Sb-Po, а также примыкающие к ним металлы (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2np 0–4предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры – соединения Тl III, Pb IV, Bi v). Подобное химическое поведение характерно и для большинства d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры – амфотерные элементы Cr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga 2, в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути(II) AlCl 3и HgCl 2содержат сильно ковалентные связи, но в растворе AlCl 3диссоциирует почти полностью, a HgCl 2– в очень малой степени (да и то на ионы HgCl +и Cl -).

В свободном виде все металлы – твердые вещества, кроме одного – ртути Hg, которая при обычных условиях жидкость. В кристаллах металлов преобладает особый вид связи ( металлическаясвязь); валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом в решетке, и внутри металла существует так называемый электронныйгаз. Все металлы обладают высокой электропроводимостью (наибольшая y Ag, Cu, Аи, Al, Mg) и теплопроводностью. Встречаются низкоплавкие металлы (цезий Cs с температурой плавления 28,7 °C плавится от тепла руки) и, наоборот, весьма тугоплавкие (вольфрам W плавится лишь при 3387 °C). Отличительным свойством металлов служит их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы – фольгу (Sn, Al, Au) или вытянуты в проволоку (Cu, Al, Fe), однако встречаются и очень хрупкие металлы (Zn, Sb, Bi).

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси — сплавы,в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком ( латунь) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем – дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) – это широко известные чугуни сталь.

Металлы в свободном виде являются восстановителями. Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из-за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой,в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.

Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание. Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается. Рыхлая оксидная пленка {ржавчина), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.

Под действием концентрированныхкислот на металлах образуется устойчиваяоксидная пленка. Это явление называется пассивацией.Так, в концентрированной серной кислотепассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Be, Bi, Со, Fe, Mg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте– металлы Al, Be, Bi, Со, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th и U.

При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Na +, Са 2+, Al 3+, Fe 2+и Fe 3+).