Классы
Предметы

Переходные металлы

В ходе урока вы сможете самостоятельно изучить тему «Переходные металлы». Вы узнаете о некоторых общих свойствах переходных металлов, о химических свойствах железа как наиболее важного переходного металла. Будут подчеркнуты важность и необходимость для организма человека наличия именно переходных металлов. Вы рассмотрите некоторые примеры сплавов переходных металлов, исследуете амфотерные свойства железа и его соединений с различными степенями окисления. Дополнительный материал, предлагаемый учащимся для изучения, посвящен железной кислоте и ее солям – ферратам.

Тема: Основные металлы и неметаллы

Урок: Переходные металлы

Общие свойства переходных металлов

Переходные элементы располагаются в побочных подгруппах Периодической системы Д.И. Менделеева. Их подразделяют на d-элементы и f-элементы. f-элементы – это лантаноиды и актиноиды.

При образовании соединений атомы металлов могут использовать не только валентные s- и p-электроны , но и d-электроны. Поэтому для d-элементов гораздо более характерна переменная валентность, чем для элементов главных подгрупп. Благодаря этому свойству переходные металлы часто образуют комплексные соединения.

Переходные элементы – это металлы. Поэтому в своих соединениях они проявляют положительные степени окисления. Очень сильно видно различие в свойствах у элементов IV–VIII подгрупп периодической системы. Элементы побочных подгрупп – это металлы, а главных подгрупп – неметаллы. Однако, когда элементы главных и побочных подгрупп находятся в высших степенях окисления, их соединения проявляют заметное сходство.

Например, оксид CrO3 близок по свойствам SO3. Оба эти вещества в обычных условиях находятся в твердом состоянии и образуют при взаимодействии с водой кислоты состава H2ЭO4. Точно также – оксиды марганца и хлора. Соответствующие им высшие оксиды – Mn2O7 и Cl2O7. Им соответствуют кислоты состава HЭО4. Подобная близость свойств объясняется тем, что часто элементы главных и побочных подгрупп в высших степенях окисления приобретают сходное электронное строение. Что касается химических свойств d-элементов, то обращает на себя внимание тот факт, что в пределах одной декады переходных элементов число стабильных степеней окисления сначала увеличивается, а потом уменьшается. См. Табл. 1. Химические свойства переходных элементов довольно сложны.

Табл. 1

Значение переходных металлов для организма и жизнедеятельности

Без переходных металлов наш организм существовать не может. Железо – это действующее начало гемоглобина. Цинк участвует в выработке инсулина. Кобальт – центр витамина

В-12. Медь, марганец и молибден, а также некоторые другие металлы входят в состав ферментов.

Многие переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов. Например, реакция гидрирования алкенов на платиновом или палладиевом катализаторе. Полимеризация этилена проводится с помощью титансодержащих катализаторов.

      

Рис. 1

Большое использование сплавов переходных металлов: сталь, чугун, бронза, латунь, победит. Рис. 1. При исследовании сплавов прослеживается уникальное значение железа для человека. Сплавы даже разделяют на черные и цветные по содержанию в них железа.

Химические свойства железа

Химические свойства железа и его соединений

Железо – это химический элемент №26, который находится в побочной подгруппе VIII группы, в четвертом периоде. Электронная конфигурация атома железа – 1s22s22p63s23p63d64s2.

Рис. 2

Распределение валентных электронов на орбиталях представлено на Рис. 2.

Степени окисления железа: 0, +2, +3. Соединения железа (III) проявляют слабые окислительные свойства, образуемые оксиды и гидроксиды Fe2O3 и Fe(OH)3 проявляют амфотерные свойства, хотя основные свойства у этих соединений значительно преобладают.

1. Взаимодействие с неметаллами

При нагревании железо, особенно порошкообразное, способно взаимодействовать практически со всеми неметаллами. Хлор и фтор окисляют железо до Fe+3. Бром может окислить и до Fe+2, и до Fe+3 в зависимости от количества, а йод окисляет только до степени окисления +2 Fe+2. При реакции с серой сначала образуется сульфид железа, а затем дисульфид железа.

Fe + S  FeS

FeS + S  FeS2 природный минерал такого состава называется пирит. Рис. 3.

Он используется для получения серной кислоты, а также железа и соединений железа.

Рис. 3

2. Взаимодействие железа с кислородом

При взаимодействии железа с кислородом, в зависимости от его количества, могут образовываться разные оксиды. В том числе и смешанный оксид Fe3O4.

2Fe + О2 2FeО

4Fe + 3О2 2Fe2О3

3Fe + 2О2 Fe3О4

3. Взаимодействие железа с водой

При сильном нагревании металлическое железо взаимодействует с водой.

3Fe + 4Н2О  Fe3О4 + 4Н2

Во влажном воздухе при обычных условиях железо реагирует с парами воды и кислородом, с образованием ржавчины. Она состоит из смешенных оксидов, гидроксидов и соединений кислорода. Это не индивидуальное вещество.

Примерная схема ржавления железа:

4Fe + 6Н2О + 3О2 → 4Fe(ОН)3

4. Взаимодействие железа с кислотами

Как и другие типичные металлы, железо взаимодействует с кислотами-неокислителями с выделением водорода.

Fe + 2НCl → FeCl2 + Н2

С кислотами-окислителями железо не реагирует из-за пассивации. Но с разбавленными кислотами реакция происходит.

Fe + 4НNO3 → Fe(NO3)3 +NO↑ + 2Н2O

5. С растворами солей

Металлическое железо вытесняет менее активные металлы из растворов их солей.

Fe + CuSO4 → Cu + FeSO4

Амфотерные свойства железа

Железо и некоторые его соединения способны проявлять амфотерные свойства.

Fe + 2NaOH + 2H2O → Na2[Fe(OH)4] + H2↑ В горячем концентрированном растворе щелочи образуется комплексное соединение, и выделяется водород.

Соединения железа (II) и железа (III)

Соединения железа (II)

Соли железа (II) можно получить при взаимодействии металлического железа с кислотами-неокислителями или восстановлением железа (III).

2FeCl3 + Fe→ 3FeCl2

Соединения железа (II) обладают восстановительными свойствами.

FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 ↓+ 2NaCl. На воздухе Fe(OH)2 ↓окисляется кислородом.

4Fe(OH)2 ↓+2H2O + O2 → 4Fe(OH)3

Соединения железа (III)

Соли железа (III) получают либо окислением железа галогенами, либо при его взаимодействии с разбавленными кислотами-окислителями. Соли железа (III) могут проявлять слабые окислительные свойства.

2FeCl3 +2 KI → 2FeCl2 + I2↓ + 2KCl.  На этой реакции основан йодометрический способ определения солей железа.

Качественная реакция на соли железа (III)

FeCl3 + 6NaSCN →Na3[Fe(SCN)6] + 3NaCl. При взаимодействии с роданидами образуются ярко-красные, похожие на кровь комплексы различного состава.

Взаимодействие со щелочью.

FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 ↓+ 3NaCl

Fe(OH)3 ↓как и Fe(OH)2 ↓ амфотерен, с преобладанием основных свойств.

Fe(OH)3 ↓+3HCl → FeCl3 + 3H2O

Fe(OH)3 + NaOH  → NaFeO2+ 2H2O

Железная кислота

Железная кислота и её соли

При окислении Fe(OH)3 ↓ или при электролизе раствора щелочи на железном аноде образуются соли, содержащие железо в составе аниона:

2Fe(OH)3 + 3Cl2 + 10NaOH →2Na2FeO4 + 6NaCl + 8H2O

Fe + 2KOH + 2H2O K2FeO4 + 3H2

Железо имеет степень окисления +6. Такие соли называются ферраты: Na2FeO4, K2FeO4. Это соли не существующей в свободном виде железной кислоты Н2FeO4. Они относятся к наиболее сильным органическим окислителям и способны медленно окислять даже воду.

Подведение итога урока

В ходе урока вы изучили тему «Переходные металлы». Вы узнали о некоторых общих свойствах переходных металлов, о химических свойствах железа как наиболее важного переходного металла. Мы подчеркнули важность и необходимость для организма человека наличия именно переходных металлов. Рассмотрели некоторые примеры сплавов переходных металлов, исследовали амфотерные свойства железа и его соединений с различными степенями окисления. Немного узнали о железной кислоте и ее солях – ферратах.

 

Список литературы

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

2. Попель П.П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П.П. Попель, Л.С.Кривля. – К.: ИЦ «Академия», 2008. – 240 с.: ил.

3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень.  2-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Internerurok.ru (Источник).

2. Hemi.nsu.ru (Источник).

3. Chemport.ru (Источник).

4. Химик.ру (Источник).

 

Домашнее задание

1. №№1, 5-б, в (с. 173) Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень.  2-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.

2. Что такое металлотермия? Приведите примеры.

3. Какие свойства характерны для соединений железа (III)?