Металлы Химия ЩМ, ЩЗМ, магния и алюминия Химические свойства металлов IA и IIA групп Напоминание: бериллий Be и магний Mg – не ЩЗМ!!! 1. Взаимодействие с неметаллами ЩМ, ЩЗМ реагируют абсолютно со всеми неметаллами. ЩМ с кислородом С кислородом они начинают реагировать уже при комнатной температуре. Важная особенность щелочных металлов: только при горении лития в кислороде образуется оксид, остальные ЩМ сгорают до пероксида*: 4Li + O2 2Li2O 2Na + O2 Na2O2 Получить оксид можно совместным нагреванием пероксида с соответствующим щелочным металлом: Na2O2 + 2Na t° 2Na2O *На самом деле при сгорании калия, рубидия и цезия образуется немалая доля надпероксидов – KO2, RbO2 и CsO2 соответственно, однако, помнить об этом факте необязательно IIA группа с кислородом В случае металлов IIA группы формально можно считать, что сгорание идет только до оксидов: 1 2Mg + O2 2MgO 2Ca + O2 2CaO С водородом Во взаимодействии металлов IA и IIA групп с другими неметаллами специфического поведения не наблюдается. В реакции ЩМ и ЩЗМ с H2 при нагревании образуются гидриды металлов: t° 2Na + H2 Ca + H2 t° 2NaH гидрид натрия CaH2 гидрид кальция Магний и бериллий с водородом не реагируют. Напомним, что гидриды ЩМ, ЩЗМ и Mg легко гидролизуются водой и водными растворами кислот. Это единственный пример ОВ гидролиза бинарных соединений: CaН2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2 CaН2 + 2HCI CaCI2 + 2H2 С галогенами С галогенами ЩМ, ЩЗМ, Mg, Be образуют соответствующие галогениды: 2Na + CI2 2NaCI хлорид натрия Ca + Br2 CaBr2 бромид кальция С серой С серой реагируют все металлы IA и IIA групп. Реакции приводят к образованию соответствующих сульфидов: 2 2Li + S Li2S Mg + S MgS сульфид магния сульфид лития С азотом С азотом реагируют ЩМ, ЩЗМ, Mg и AI. Реакции приводят к образованию соответствующих нитридов. Реакция с литием идет уже при комнатной температуре, в остальных случаях требуется нагревание: 6Li + N2 3Ca + N2 2Li3N нитрид лития t° Ca3N2 нитрид кальция Получаемые нитриды ЩМ, ЩЗМ и Mg легко гидролизуются водой, а также водными растворами кислот: t° Li3N + 3H2O 3LiOH + NH3 t° Ca3N2 + 8HCI 3CaCI2 + 2NH4CI С фосфором С фосфором также реагируют ЩМ, ЩЗМ, Mg и не реагирует бериллий. В результате таких реакций образуются соответствующие фосфиды: 3Li + P Li3P 3Ca + 2P t° фосфид лития Ca3P2 фосфид кальция Получаемые фосфиды, как и нитриды, легко гидролизуются водой, а также водными растворами кислот: Li3P + 3H2O Ca3P2 + 6HCI 3 t° t° 3LiOH + PH3 3CaCI2 + 2PH3 2. Взаимодействие IA и IIA групп со сложными веществами С водой С водой при обычных условиях реагируют только ЩМ и ЩЗМ. При этом образуются щелочи: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2 Магний реагирует с водой только при кипячении: Mg + 2H2O t° Mg(OH)2 + H2 Другое Специфической особенностью бериллия является то, что он реагирует со щелочами: Be + 2NaOH(р-р) + 2H2O Na2[Be(OH)4] + H2 Mg и Be способны вытеснять менее активные металлы из растворов соответствующих солей: Mg + CuSO4 MgSO4 + Cu ЩМ и ЩЗМ из растворов солей вытеснять менее активные металлы не способны по причине того, что реагировать в этих условиях будут преимущественно с водой. Однако, реакция чаще всего возможна при сплавлении солей менее активных металлов с ЩМ и ЩЗМ. Например: 3K + AICI3(тв.) t° 3KCI + AI Способы получения ЩМ, ЩЗМ и магния Условно в рамках ЕГЭ следует считать что единственные способы получения ЩМ, ЩЗМ и магния – это электролиз расплавов бескислородных солей. Как правило, хлоридов: 4 2NaCI (расплав) электролиз 2Na + CI2 СaCI2 (расплав) электролиз Сa + CI2 MgCI2 (расплав) электролиз Mg + CI2 Щелочные металлы могут быть также получены электролизом расплавов щелочей: 4NaOH (расплав) электролиз 4Na + O2 + 2H2O Химия алюминия. Основные химические свойства алюминия Важной особенностью AI является то, что он покрыт крайне прочной и химически стойкой пленкой из AI2O3, и без этой пленки проявляет крайне высокую активность, не сильно уступающую ЩМ и ЩЗМ. 1 Так, например, без этой пленки он легко реагирует с водой: 2AI + 6H2O 2 2AI(OH)3 + 3H2 Как и другие активные металлы алюминий реагирует с неметаллами: 2AI + 3I2 2AI + N2 4AI + 3C 2AII3 (после добавления капли воды) t° t° 2AIN AI4C3 AI2S3, AI4C3 и AIN необратимо гидролизуются действием H2O, растворов кислот и щелочей: t° AI2S3 + 6H2O AI4C3 + 12HCI 2AI(OH)3 + 3H2S t° AI2S3 + 8NaOH (р-р) 3 4AICI3 + 3CH4 t° 2Na[AI(OH)4] + 3Na2S и т.д. Важным химическим свойством металлического алюминия является то, что он реагирует (наряду c Be и Zn) со щелочами: 2AI + 2NaOH (р-р) + 6H2O 2AI + 6NaOH (тв.) 5 t° 2Na[AI(OH)4] + 3H2 2NaAIO2 + 2Na2O + 3H2 Оксид и гидроксид алюминия ведут себя похожим образом в реакциях со щелочами, с той разницей что в результате этих реакций не выделяется H2: AI2O3 + 2NaOH (р-р) + 3H2O AI(OH)3 + NaOH (р-р) t° 2Na[AI(OH)4] Na[AI(OH)4] AI2O3 + 2NaOH (тв.) t° 2NaAIO2 + H2O AI(OH)3 + NaOH (тв.) t° NaAIO2 + 2H2O Получение алюминия В настоящий момент в промышленности алюминий получают исключительно электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита (Na3[AIF6]): 2AI2O3 электролиз раствора в расплаве криолита 4AI + 3O2 До изобретения этого способа единственным способом получения было вытеснения алюминия из его безводного хлорида металлическим калием: 3K + AICI3 (тв.) t° 3KCI + AI Свойства средних солей алюминия В зависимости от избытка или недостатка щелочи, растворы солей алюминия могут давать либо гидроксид алюминия, либо его комплексную соль: AIСI3 + 3NaOH (нед.) AI(OH)3 + 3NaCI AIСI3 + 4NaOH (изб.) Na[AI(OH)4] (р-р) + 3NaCI По этой причине, лучшим способом осаждения гидроксида алюминия является действие не щелочью, а водным раствором аммиака, поскольку в его избытке гидроксид алюминия раствориться не способен: AIСI3 + 3NH3 + 3H2O 6 AI(OH)3 + 3NH4CI Химические свойства комплексных солей (на примере соединений алюминия и цинка) Na[AI(OH)4] Na2[Zn(OH)4] тетрагидроксоалюминат натрия тетрагидроксоцинкат натрия Особенности диссоциации комплексных солей Na[AI(OH)4] Na2[Zn(OH)4] Na+ + [AI(OH)4] 2Na+ + [Zn(OH)4] Для того, чтобы проще было представлять химические свойства этих соединений условно их можно представлять так: NaOH • AI(OH)3 и 2NaOH • Zn(OH)2 1. Взаимодействие с сильными кислотами С избытком сильной кислоты: Na[AI(OH)4] + 4HCI (изб.) Na2[Zn(OH)4] + 4HCI (изб.) NaCI + 4H2O + AICI3 2NaCI + 4H2O + ZnCI2 С недостатком сильной кислоты: Na[AI(OH)4] + HCI (нед.) Na2[Zn(OH)4] + 2HCI (нед.) NaCI + 4H2O + AI(OH)3 2NaCI + 2H2O + Zn(OH)2 2. Действие CO2, SO2 на гидроксокомплексы Zn и AI Действие СО2: Na[AI(OH)4] + CO2 (изб.) Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 (изб.) 7 NaHCO3 + AI(OH)3 2NaHCO3 + Zn(OH)2 Действие SО2: Na[AI(OH)4] + SO2 (изб.) Na2[Zn(OH)4] + 2SO2 (изб.) NaHSO3 + AI(OH)3 2NaHSO3 + Zn(OH)2 3. Действие H2S на гидроксокомплексы Zn и AI Действие H2S: Na[AI(OH)4] + H2S (изб.) NaHS + AI(OH)3 + H2O Na2[Zn(OH)4] + 3H2S (изб.) 2NaHS + ZnS + 4H2O 4. Реакции, протекающие при упаривании растворов гидроксокомплексных солей и последующем прокаливании Na[AI(OH)4] Na2[Zn(OH)4] 8 t° 2H2O + NaAIO2 t° 2H2O + Na2ZnO2
