Раздел «Неорганическая химия» в спецификации НЦТ

Общая характеристика металлов и неметаллов. Производство металлов

Главное по теме

Ряд активности: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Металл вытесняет из раствора соли менее активный металл и водород из кислот (если стоит до H).
Щелочные и щелочноземельные металлы (Li, K, Ba, Ca, Na) реагируют с водой при обычных условиях с образованием щёлочи и H₂: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂. Fe реагирует только с водяным паром: 3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.
Al, Zn растворяются и в щёлочи: 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂. Al, Fe, Cr пассивируются холодной концентрированной HNO₃ и H₂SO₄.
Способы получения металлов: пирометаллургия (восстановление C, CO, H₂, Al из оксидов), гидрометаллургия (из раствора солей вытеснением, CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu), электрометаллургия (электролиз).
Доменный процесс: C + O₂ = CO₂; CO₂ + C = 2CO; Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂. Шлак: CaCO₃ = CaO + CO₂, CaO + SiO₂ = CaSiO₃.
Чугун содержит больше 2,14% углерода, сталь меньше. Алюминий получают электролизом расплава Al₂O₃ в криолите Na₃AlF₆: 2Al₂O₃ = 4Al + 3O₂.
Алюминотермия: Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe, Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr. Так получают металлы, которые трудно восстановить углём.
Неметаллы: H₂, галогены, O₂, S, N₂, P, C, Si, благородные газы. Могут быть окислителями (с металлами) и восстановителями (с более электроотрицательными неметаллами). Аллотропия: O₂ и O₃, алмаз и графит, белый и красный фосфор.
Общие свойства металлов (электро- и теплопроводность, ковкость, блеск) объясняются металлической связью и электронным газом.

Задания с разбором

1.Пойдёт ли реакция Cu + 2HCl → CuCl₂ + H₂ с разбавленной соляной кислотой?

1Смотрим на ряд активности: медь стоит правее водорода.
2Металлы правее водорода не вытесняют его из кислот-неокислителей.

Ответ: нет, реакция не идёт

2.Какая масса меди получится при восстановлении водородом 16 г CuO?

1CuO + H₂ → Cu + H₂O. M(CuO) = 80 г/моль.
2n(CuO) = 16 / 80 = 0,2 моль, n(Cu) = 0,2 моль.
3m(Cu) = 0,2 · 64 = 12,8 г.

Ответ: 12,8 г

3.Что произойдёт, если кусочек натрия бросить в раствор CuSO₄?

1Натрий не вытесняет медь из раствора: сначала он реагирует с водой, 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑.
2Образовавшаяся щёлочь реагирует с солью: 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
3Ловушка: ждать красной меди.

Ответ: выделится водород и выпадет голубой осадок Cu(OH)₂

Где теряют баллы

Металлы и неметаллы: ряд активности, получение металлов
Ловушка: Думают, что медь вытесняет водород из разбавленной соляной кислоты.
Как решать: Металлы левее водорода в ряду напряжений вытесняют его из кислот, правее нет. Металл вытесняет из соли менее активный. Активные металлы получают электролизом расплавов.

Объяснение простыми словами

Посмотри на свою кухню: ложка, кастрюля, фольга, провод. Всё это металлы, и они обладают общим набором свойств: блестят, куются, проводят ток и тепло. Причина одна: металлическая связь. Катионы металла стоят в решётке, а валентные электроны свободно ходят между ними как общий электронный газ. Среди металлов есть рекордсмены: серебро лучше всех проводит ток, вольфрам самый тугоплавкий, ртуть жидкая при комнатной температуре, хром самый твёрдый, литий самый лёгкий.

Химическую активность металлов описывает ряд активности: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Левее - активнее, легче отдаёт электроны. Из этого вытекают правила. Первое: металл вытесняет из раствора соли менее активный металл, например CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu. Второе: металлы до водорода вытесняют H₂ из кислот-неокислителей (HCl, разбавленная H₂SO₄): Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂. Третье: самые активные металлы (Li, K, Ba, Ca, Na) реагируют с водой прямо при комнатной температуре: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂. Поэтому они не вытесняют другие металлы из растворов солей, а реагируют с водой. Магний заметно реагирует только с горячей водой. Железо реагирует только с раскалённым паром: 3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Металл: Простое вещество с металлической связью: блестит, ковкое, проводит ток и тепло.
Неметалл: Простое вещество, не имеющее типичных металлических свойств; чаще хрупкое или газ, плохо проводит ток.
Металлическая связь: Связь между катионами металла и свободными электронами, она даёт металлам их общие свойства.
Ряд активности металлов: Ряд металлов по уменьшению их способности отдавать электроны в водном растворе.
Пассивация: Образование прочной оксидной плёнки, из-за которой металл перестаёт реагировать, например Al и Fe в холодной концентрированной HNO₃.
Амфотерный металл: Металл, реагирующий и с кислотами, и со щёлочами, например Al, Zn.
Коррозия: Самопроизвольное разрушение металла под действием окружающей среды.
Сплав: Материал из двух или более компонентов, один из которых металл; например бронза, латунь, сталь.
Руда: Горная порода, из которой выгодно получать металл.
Пирометаллургия: Получение металлов из руд восстановлением при высокой температуре.
Гидрометаллургия: Получение металлов из растворов солей, обычно вытеснением более активным металлом.
Электрометаллургия: Получение металлов электролизом расплавов или растворов.
Алюминотермия: Восстановление оксидов металлов алюминием при высокой температуре.
Доменная печь: Печь для выплавки чугуна из железной руды с помощью кокса и воздуха.
Кокс: Твёрдое топливо, получаемое из каменного угля, источник углерода и CO в доменной печи.
Шлак: Лёгкий расплав силикатов, например CaSiO₃, образующийся из пустой породы и флюса.
Чугун: Сплав железа с углеродом (более 2,14%), твёрдый и хрупкий.
Сталь: Сплав железа с углеродом (менее 2,14%), прочный и пластичный.
Аллотропия: Существование одного элемента в виде нескольких простых веществ, например O₂ и O₃.
Криолит: Минерал Na₃AlF₆, в расплаве которого растворяют Al₂O₃ для электролиза алюминия.

Все темы: Химия