1.2.3 Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов

База знаний ЕГЭ Химия Добавлено: 30-07-2017, 04:05

Видеоурок 1: Медь




Видеоурок 2: Цинк




Лекция: Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов


Переходными называются элементы, содержащие d-/f-элементы и располагающиеся между s+-элементами и р--элементами. Отличие d- и f-элементов от s- и p-элементов состоит в том, что электроны первых заполняют внутренние nd- или nf- оболочки, тогда как электроны вторых заполняют внешние ns- и np-оболочки.

В Периодической таблице данные элементы находятся в побочных подгруппах 4, 5 и 6 периодов. Все они металлы. Всего их на сегодняшний день 65. Однако по требованию кодификатора на данном уроке мы более подробно рассмотрим медь, цинк, хром и железо.


Медь Cu



Химический элемент

Медь/ Cuprum(Cu)

Особенности

Расположение в Периодической таблице

4 период I группа побочная подгруппа, порядковый номер 29

Инертный металл. Относится к d-элементам. Не взаимодействует с водой, некоторыми неметаллами: с водородом, азотом, углеродом, и кремнием, с растворами соляной и серной кислот, с щелочами. Реагирует с конц/растворами серной и азотной кислот.

 

Характеристика

Золотисто-розовый пластичный, тягучий, легко прокатывается в листы

Отличный электропроводник после серебра. Температура плавления 1083

Масса атома

63,546

Расположение электронов по орбиталям (электронная формула или конфигурация)

1s2  2s22p6  3s23p63d10  4s1

 (в основном состоянии)

1s2  2s22p6  3s23p63d9  4s2

 (в возбужденном состоянии)

Наблюдается проскок одного электрона s-подуровня на d-подуровень. Это обеспечивает более устойчивое положение.

Степень окисления

0, +1, +2

Самая устойчивая среди них +2

Оксиды

Оксид меди (I)* Сu2О

Обладает основными свойствами

Оксид меди (II) СuО

Обладает амфотерными свойствами с преобладанием основных

Гидроксиды

Гидроксид меди (I) СuОН

Обладает основными свойствами

Гидроксид меди (II) Cu(ОН)2

Обладает амфотерными свойствами с преобладанием основных

Способы получения

Поскольку в природе медь, как и другие металлы встречается в составе соединений, то для получения простого вещества Cu применяются:

1. Пирометаллургический способ – восстановление металла при высоких t с помощью водорода, оксида угля.

Водородотермия:

Cu+2O + H2 → Cu0 + H2O

 

2. Гидрометаллургический способ – восстановление из солей в растворах.

Вначале соединение растворяется кислотой, к примеру: 

CuO + H2SO CuSO4 + H2O.

Затем Cu из CuSO4 вытесняется более активным металлом, допустим Fe:

CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu.

Этот процесс называется металлотермией.

3. Электролиз – способ получения металлов с помощью электрического тока.

Это последний этап обработки руды, содержащей медь. В специальные ванны, наполненные водным раствором сульфата меди CuSOсо свободной серной кислотой:

катод (–): Cu2+ + 2ē → Cu0 

анод (+): 2H2O – 4ē → 4H+ + O2

2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4

Применение в быту

  • Медь - производство проводов, кабелей, котлов.

  • Латунь (сплав из меди и цинка) - производство радиаторов, конденсаторов, часовых механизмов, ювелирных изделий.

  • Медноникелевые сплавы – производство устройств для дистиллирования питьевой воды из морской.

  • Медь в составе бронзы - в машиностроении.

  • Оксиды меди – производство эмали, стекла.

  • Соли меди ядовиты и используются   огородниками для уничтожения вредителей растений. Медь в составе удобрений, способствует хорошему росту растений.

*Римские цифры в таблице указана валентность


Цинк Zn




Химический элемент

Цинк / Zincum(Zn)

Примечания

Расположение в Периодической таблице

4 период II группа побочная подгруппа, порядковый номер 30

Амфотерный металл. Не взаимодействует с водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом. Не растворяется в воде, но при очень высокой t реагирует на водяной пар, образуя оксид цинка и водорода. Реагирует с щелочами. Из растворов   солей и оксидов, вытесняет металлы, расположенные правее в ряду напряжений*

Характеристика

Хрупкий металл голубовато-белого цвета

Масса атома

65,37

Расположение электронов по орбиталям

1s2  2s22p6  3s23p63d10  4s2

(в основном состоянии)

Степень окисления

0, +2

Единственно возможная

Оксиды

Оксид цинка ZnO

Обладает амфотерными свойствами

Гидроксиды

Гидроксид цинка Zn(ОН)2  

Обладает амфотерными свойствами

Способы получения

1. Пирометаллургический способ

С помощью оксида угля:  ZnO+ C→ CO + Zn

2. Гидрометаллургический способ

ZnO + H2SO4 → ZnSO4+ H2O

ZnSO4+ Fe → FeSO4+ Zn

3. Электролиз  

Поскольку цинк в ряду напряжений стоит после Al  и до Н, то на катоде будут протекать два процесса восстановления ионов цинка и водорода (т.к. среда кислая):

Zn2+ + 2e → Zn↓
2H+ + 2e → H2

Реакция в сумме:

катод (–): Zn2+ + 2H+ + 4ē → Zn↓ + H2↑ (восстановление);

анод (+): Zn – 2ē → Zn2+ (окисление).

Окислительно-восстановительные реакции:

2Zn + Zn2+  + 2H+  → 2Zn2+ + Zn↓ + H2
2Zn + 2H+ → Zn2+ + Zn↓ + H2

Применение в быту

Применение цинка объемно и широко, к примеру, используется:

  • для защиты от ржавчины (оцинковки) стали;

  • в строительстве для кровли крыш, облицовки стен;

  • для производства бытовой техники и мн.др.

*Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Cr→Zn→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au


Хром Cr


Химический элемент

Хром / Chromium(Cr)

Примечания

Расположение в Периодической таблице

4 период VI группа побочная подгруппа, порядковый номер 24

Не взаимодействует с водородом. Вытесняет его из неокисляющих кислот: соляной, фосфорной и др. При сильном нагревании хром растворяется в серной или азотной кислотах.

Характеристика

Твердый металл голубовато-белого цвета

Масса атома

51,996

Расположение электронов по орбиталям

1s2   2s22p6   3s23p63d5   4s1

(в основном состоянии)

Степень окисления

0, +2, +3, +6

Повышение степени ведет к возрастанию кислотности и ослабеванию основных свойств. Наиболее устойчивая степень +3

Оксиды





Оксид хрома (II) -  СгО

Обладает основными свойствами

Оксид хрома (III) Сг2О3

Обладает амфотерными свойствами 

Оксид хрома (VI) СгО3

Обладает кислотными свойствами (Н2СгО4 – хромовая кислота и дихромовая Н2Cr2О7).

Гидроксиды



Гидроксид хрома (II) Сг(ОН)2   

Обладает основными свойствами

Гидроксид хрома (III) Сг(ОН)3

Обладает амфотерными свойствами 

Способы получения

1. Пирометаллургический способ

Например, алюмотермией (вид металлотермии):

 Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr

2. Электролиз

Из концентрированных водных растворов СrО3 или Сr2О3, содержащих H2SO4, либо электролизом сульфата Хрома Cr2(SO4)3 хром получают в наиболее чистом виде.

Применение в быту

  • В производстве нержавеющей стали.

  • Для покрытия металлических поверхностей (хромирование) в качестве защиты.

  • Для изготовления декоративных изделий.

  • Соли хрома ядовиты и используются для защиты древесины от вредителей.

  • Для изготовления красителей и мн.др.


Железо Fe


Химический элемент

Железо / Ferrum(Fe)

Примечания

Расположение в Периодической таблице

4 период VIII группа побочная подгруппа, порядковый номер 26

При нагревании более 2000 взаимодействует с кислородом. Окисляется в воде.

Характеристика

Ковкий металл серебристо-белого цвета

Масса атома

55,849

Расположение электронов по орбиталям

1s2   2s22p6   3s23p63d6   4s2

(в основном состоянии)

Степень окисления

0, +2, +3, +6

Из них самая устойчивая +3;

Fe+6- сильнейший окислитель

Оксиды



Оксид железа (II) FeО

Обладает основными свойствами

Оксид железа (III) Fe2О3

Обладает амфотерными свойствами с преобладанием основных

Гидроксиды



Гидроксид железа (II) Fe(ОН)2

Обладает основными свойствами

Гидроксид железа (III) Fe(ОН)3

Обладает амфотерными свойствами с преобладанием основных

Способы получения

1. Пирометаллургический способ

1. Алюмотермия – восстановление Fe из оксида с помощью алюминия при высоких t:

Fe+32O3 +2Al → 2Fe0 + Al2O3

2. Сначала оксид железа подвергается магнитному обогащению:

3FeO3 + H2 → 2FeO4 + H2O

а затем запускается процесс водородотермии:

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

2. Электролиз

Для проведения электролиза берется раствор соли хлорида железа:
FeCl→ Fe+3+3Cl-

катод (–): Fe+3, H2O

Fe+3+ 3ē → Fe↓ 

2H2O + 2ē → H2↑+ 2ОН- (восстановление);

анод (+): Cl-, H2O

2Cl- – 2ē → Cl2 (окисление).

Реакция в сумме:
2О +2FeCl3 → 3H2↑ + 3Cl2↑+2Fe(OH)3

Применение в быту

  • Отрасли применения весьма обширны и известны.

 

Предыдущий урок
Следующий урок

  • 2.2 Характерные химические свойства и получение простых веществ - металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия; переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа)
  • 1.2.4 Общая характеристика неметаллов IVA – VIIA групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева и особенностями строения их атомов
  • 2.1.3 «Просвещенный абсолютизм». Законодательное оформление сословного строя
  • 1.4.6 Смута. Социальные движения в России в начале XVII в. Борьба с Речью Посполитой и со Швецией
  • 1.2.1 Возникновение государственности у восточных славян. Князья и дружина. Вечевые порядки. Принятие христианства
  • Оставить комментарий