Активная лекция с заданиями: Металлы как химические элементы и простые вещества(дистанционное обучение)

Активная лекция

Тема занятия: Металлы как химические элементы и простые вещества

1.   Особенности электронного строения их атомов.

2.  Положение металлов в периодической системе.

3.    Металлическая  химическая связь.

4.    Физические   свойства металлов(самостоятельно)

5.    Химические свойства металлов.

6.    Способы получения металлов.

7. Коррозия металлов

Задание 1(пункты 1-6) Составить краткий конспект (обобщить знания по теме «Металлы как простые вещества»), используя прием пометки на полях:

-«галочка» ставится на полях, когда то, что вы записываете вам известно.

+- знак «плюс» обозначает новую информацию

- знак «минус» ставится, если материал противоречит тому, что вы ранее знали

?- знак «вопроса» ставится, если материал вызвал затруднения и студент желает получить дополнительную информацию

! Для работы рекомендуется воспользоваться материалом

учебника Саенко О. Е. «Химия» Гл.7 , §1.,

+ материал предложенный ниже.

1.     Особенности электронного строения металлов.

      Металлы - это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители Ме⁰ – nе = Меⁿ⁺. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя (в основном 1 - 3), большим радиусом атомов,  вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.

2.    Положение металлов в ПСХЭ.

Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ – металлы (92 из 114).

      Металлы  размещены в левом нижнем углу ПСХЭ. Это все элементы, расположенные ниже диагонали В – Аt, даже те у которых на внешнем слое 4 электрона ( Je, Sn, Pb), 5 электронов ( Sb, Di), 6 электронов ( Po), так как они отличаются большим радиусом. Среди них есть s и p-элементы – металлы главных подгрупп, а также d и f металлы, образующие побочные подгруппы.

В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней. 

Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

    У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть-чуть другие.

В побочных подгруппах (Cu, Ag, Au) – активность элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Cd, Hg.          У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменятся мало, а величина заряда ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

3.    Металлическая химическая связь. Кристаллические решетки.

Все металлы являются кристаллическими телами, имею­щими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью.   

    Тип ре­шетки определяется формой элементарного геометриче­ского тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристал­лического тела.

 Обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки:

        -  сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делаколизована;

       -  валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;

      -  металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью.

5. Химические свойства

Взаимодействие с простыми веществами

1. С кислородом большинство металлов образует оксиды – амфотерные и основные:

4Li + O₂ = 2Li₂O,

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:

2Na + O₂ = Na₂O₂.

1. С галогенами металлы образуют соли галогеноводородных кислот, например,

Cu + Cl₂ = CuCl₂.

1. С водородом самые активные металлы образуют ионные гидриды – солеподобные вещества, в которых водород имеет степень окисления -1.

2Na + H₂ = 2NaH.

1. С серой металлы образуют сульфиды – соли сероводородной кислоты:

Zn + S = ZnS.

1. С азотом некоторые металлы образуют нитриды, реакция практически всегда протекает при нагревании:

3Mg + N₂ = Mg₃N₂.

1. С углеродом образуются карбиды:

4Al + 3C = Al₃C₄.

1. С фосфором – фосфиды:

3Ca + 2P = Ca₃P₂.

1. Металлы могут взаимодействовать между собой, образуя интерметаллические соединения:

2Na + Sb = Na₂Sb,

3Cu + Au = Cu₃Au

6. Способы получения металлов

Существуют несколько основных способов получения — металлов.
 а) Пирометаллургия – это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей (C, CO, H₂, Al, Mg и др.).

— из их оксидов углем или оксидом углерода (II)
ZnО + С = Zn + СО
Fе₂О₃ + ЗСО = 2Fе + ЗСО₂
— водородом
WO₃ + 3H₂ =W + 3H₂O
СоО + Н₂ = Со + Н₂О
— алюминотермия
4Аl + ЗМnО₂ = 2А1₂О₃ + ЗМn
б) Гидрометаллургия – это получение металлов, которое состоит из двух процессов: сначала природное соединение металла (оксид) растворяют в кислоте, в результате чего получают соль металла. Затем из полученного раствора необходимый металл вытесняют более активным металлом. Например:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,

CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu.

в) Электрометаллургия – это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений. Роль восстановителя при этом играет электрический ток.

СuСl₂ → Сu²+ 2Сl^-
Катод (восстановление): Сu²⁺ - 2е^- = Сu⁰                   

Анод (окисление): 2Cl^- - 2е^- = Сl°₂

 Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем):
2ZnS + ЗО₂ = 2ZnО + 2SО₂
ZnО + С = СО + Zn
Задание 2. Изучив §7.2 учебника Габриелян О.С., ответить письменно на вопросы:

• Что такое коррозия

• Какие виды коррозии существуют (определение, пример),можно схемой!

• Перечислите основные способы борьбы с коррозией.

Контрольные вопросы (устно для самопроверки)

1.  Где расположены металлы в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева?

2. Каковы особенности строения атомов металлов?
3. В чём различие в строении внешнего энергетического уровня у металлов и неметаллов?
4. Сколько наружных электронов имеют атомы металлов главных и побочных подгрупп?
5. В каких формах могут находиться металлы в природе? *
6.  Как устроена кристаллическая решетка металлов?
7. Каковы физические свойства металлов?

8. Как можно получить металлы из их соединений?
9. Как ведут себя атомы металлов в химических реакциях и почему?
10. Какие свойства – окислителей или восстановителей – проявляют металлы в химических реакциях?
11. Расскажите об электрохимическом ряде напряжений металлов.*
12. Перечислите реакции, в которые могут вступать металлы.
13. Каково значение металлов в жизни человека?