Лабораторная работа: "Взаимодействие металлов с неметаллами, а также с растворами кислот и солей".

Учебная цель: обобщить знания о металлах и их свойствах.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Обучающийся должен знать:

- понятие металлов;

- строение атомов металлов и неметаллов, как это отражается на их окислительно-восстановительных свойства;

- понятие металлической связи; типы кристаллических решеток разных металлов;

- зависимость физических свойств металлов от их строения;

- распространенность металлов в природе в зависимости от их активности.

Обучающийся должен уметь:

- характеризировать металлы малых и больших периодов по их положению в периодической системе Д.И. Менделеева;

- устанавливать связь между строением веществ и их свойствами.

Задачи практического занятия:

1. Закрепить теоретические знания о свойствах металлов.

2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

3. Выполнить практические задачи.

4. Ответить на вопросы для контроля.

Обеспеченность занятия:

1. Учебно-методическая литература:

• Габриелян О.С. и др. Естествознание. Химия: учебник для студентов профессиональных образовательных организаций, осваивающих профессии и специальности СПО. – М., 2017.

1. Справочная литература:

• Периодическая система химических элементов им. Д.И. Менделеева;

• Ряд стандартных электродных потенциалов Е⁰;

• Типы кристаллических решеток металлов.

• Ряд напряженности металлов.

1. Тетрадь для практических и контрольных работ.

2. Ручка.

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практического занятия

Металлы – группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.

Свойства металлов, обусловлены наличием в их кристаллической решетке большого числа свободных электронов.

Обычно металлы применяют в виде сплавов. Металлический сплав представляет собой вещество, обладающее свойствами металлов и получаемое в результате взаимодействия двух или нескольких элементов.

Все металлы и сплавы можно разделить на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (все остальные металлы и сплавы).

К физическим свойствам металлов относят плотность, температуру плавления, цвет, блеск, непрозрачность, теплопроводность, электропроводность, тепловое расширение. По плотности металлы разделяют на легкие (до 3000 кг/м³) и тяжелые (от 6000 кг/м³ и выше); по температуре плавления – на легкоплавкие (до 973 К) и тугоплавкие (свыше 1173 К). Каждый металл или сплав обладает определенным, присущим ему цветом.

Из химических свойств металлов и их сплавов наиболее важными в производстве художественных изделий являются растворение (взаимодействие с кислотами и щелочами) и окисление (антикоррозийная стойкость, т.е. стойкость к воздействию окружающей среды – газов, воды и т.д.).

Общее химическое свойство, присущее металлам, – способность отдавать свои электроны в химических реакциях:

M – ne = Mⁿ⁺

Мерой прочности связи электронов в атомах является энергия ионизации. Наименьшая энергия ионизации – у щелочных металлов, являющихся энергичными восстановителями. Восстановительными свойствами металлов обусловлена их способность реагировать с различными окислителями: неметаллами, кислотами, солями менее активных металлов.

По степени легкости отдачи электронов в растворах металлы располагают в ряд – ряд стандартных электродных потенциалов Е⁰ (приложение 4).

Ряд стандартных электродных потенциалов справедлив для окислительно-восстановительных процессов, происходящих только в водной среде.

Металлы взаимодействуют с неметаллами (обычно при нагревании):

Названия бинарных соединений металлов с неметаллами оканчиваются на -ид. Чем более электроотрицателен элемент, тем он сильнее окисляет металл. Например, железо в реакции соединения с хлором окисляется до степени окисления +3, а с серой до +2.

Важные химические свойства металлов проявляются в их отношении к воде, растворам кислот, щелочам, солям. При рассмотрении взаимодействия металлов с кислотами необходимо учитывать концентрацию кислот и активность металлов.

Щелочи взаимодействуют только с металлами, оксиды которых проявляют амфотерный характер.

Более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.

Другими словами, кристаллическая решетка – это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла.

В металлических материалах, как правило, формируются три типа кристаллических решеток: объемноцентрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГПУ).

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию

1. Перечислить общие физические свойства металлов.

2. Что называется кристаллической решеткой, какие типы кристаллических решеток характерны для металлов?

3. Какие способы получения металлов Вы знаете?

Задания для практического занятия:

1. Решить предложенные задачи.

2. Правильно оформить их в тетрадь для практических и контрольных работ.

3. Ответить на вопросы для контроля.

4. Отчитаться о выполненной работе преподавателю.

Задание 1

Образец решения задания № 1

Напишите управление реакции цинка с соляной кислотой.

Алгоритм решения

Известно, что активные металлы, стоящие в ряду напряженности металлов (приложение 6) до водорода вытесняют его из кислоты, поэтому уравнение реакции цинка с соляной кислотой имеет вид:

Zn + 2HCl  ZnCl₂ + H₂

В результате реакции выделяется газ (H₂) водород.

Задание 2

Образец решения задания № 2

Напишите уравнение реакции замещения при взаимодействии цинка с медным купоросом.

Алгоритм решения

Известно, что активные металлы, стоящие в ряду напряженности металлов (приложение 6) левее вытесняют металлы из их солей, которые стоят правее, поэтому уравнение реакции цинка с медным купоросом имеет вид:

Zn + CuSO₄  ZnSO₄ + Cu

В результате реакции выделяется металлическая медь (красный осадок).

Задание 3

Образец решения задания № 3

Напишите уравнения реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения. Укажите тип каждой реакции и под формулой каждого вещества подпишите, к какому классу оно относится.

Алгоритм решения

Вопросы для контроля

1. Перечислите основные химические свойства металлов?

2. Какую валентность проявляют металлы: натрий, цинк, серебро, медь, кальций, магний, железо, хром?

3. Запишите, где в вашей профессии и в жизни применяются металлы.

Форма контроля выполнения практического задания:

Выполненная работа представляется преподавателю в тетради для выполнения практических и контрольных работ по дисциплине «Естествознание».

5