Какой металл реагирует с азотом при комнатной температуре
Обновлено: 18.05.2024
У атомов ЩМ на внешнем электронном уровне находится только один электрон на s-подуровне, легко отрывающийся при протекании химических реакций. При этом из нейтрального атома ЩМ образуется положительно заряженная частица – катион с зарядом +1:
Семейство ЩМ является наиболее активным среди прочих групп металлов в связи с чем в природе обнаружить их в свободной форме, т.е. в виде простых веществ невозможно.
Простые вещества щелочные металлы являются крайне сильными восстановителями.
Взаимодействие щелочных металлов с неметаллами
с кислородом
Щелочные металлы реагируют с кислородом уже при комнатной температуре, в связи с чем их требуется хранить под слоем какого-либо углеводородного растворителя, такого как, например, керосина.
Взаимодействие ЩМ с кислородом приводит к разным продуктам. С образованием оксида, с киcлородом реагирует только литий:
Натрий в аналогичной ситуации образует с кислородом пероксид натрия Na2O2:
а калий, рубидий и цезий – преимущественно надпероксиды (супероксиды), общей формулы MeO2:
с галогенами
Щелочные металлы активно реагируют с галогенами, образуя галогениды щелочных металлов, имеющих ионное строение:
2Li + Br2 = 2LiBr бромид лития
2Na + I2 = 2NaI иодид натрия
2K + Cl2 = 2KCl хлорид калия
с азотом
Литий реагирует с азотом уже при обычной температуре, с остальными же ЩМ азот реагирует при нагревании. Во всех случаях образуются нитриды щелочных металлов:
с фосфором
Щелочные металлы реагируют с фосфором при нагревании, образуя фосфиды:
3Na + P = Na3Р фосфид натрия
3K + P = K3Р фосфид калия
с водородом
Нагревание щелочных металлов в атмосфере водорода приводит к образованию гидридов щелочных металлов, содержащих водород в редкой степени окисления – минус 1:
Н2 + 2K = 2KН -1 гидрид калия
Н2 + 2Rb = 2RbН гидрид рубидия
с серой
Взаимодействие ЩМ с серой протекает при нагревании с образованием сульфидов:
S + 2Na = Na2S сульфид натрия
Взаимодействие щелочных металлов со сложными веществами
с водой
Все ЩМ активно реагируют с водой с образованием газообразного водорода и щелочи, из-за чего данные металлы и получили соответствующее название:
2HOH + 2Na = 2NaOH + H2↑
2K + 2HOH = 2KOH + H2↑
Литий реагирует с водой довольно спокойно, натрий и калий самовоспламеняются в процессе реакции, а рубидий, цезий и франций реагируют с водой с мощным взрывом.
с галогенпроизводными углеводородов (реакция Вюрца):
со спиртами и фенолами
ЩМ реагируют со спиртами и фенолами, замещая водород в гидроксильной группе органического вещества:
Глава 11. Щелочные и щелочно-земельные металлы
А1. Какой металл имеет плотность меньше плотности воды?
1) Натрий; 2) рубидий;
3) кальций; 4) цезий.
А2. Металл, реагирующий с азотом при комнатной температуре, – это:
1) литий; 2) натрий;
3) калий; 4) рубидий.
А3. Продолжите фразу. «Щелочные металлы…»:
1) проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства;
2) легко принимают электроны;
3) легко отдают и принимают электроны;
4) окисляются при комнатной температуре на воздухе.
A4. В реакциях щелочных металлов с водой образуются:
1) оксид металла и вода;
2) оксид металла и водород;
3) гидроксид металла и вода;
4) гидроксид металла и водород.
А5. Натрий в реакции с большим избытком фосфорной кислоты образует:
1) фосфат натрия;
2) гидрофосфат натрия;
3) дигидрофосфат натрия;
4) смесь гидрофосфата и дигидрофосфата натрия.
А6. Ацетат натрия не образуется в реакции:
1) натрия с уксусной кислотой;
2) оксида натрия с уксусной кислотой;
3) гидроксида натрия с уксусной кислотой;
4) хлорида натрия с уксусной кислотой.
А7. Гидроксид калия реагирует в водном растворе с:
1) хлоридом калия; 2) хлоридом натрия;
3) хлоридом магния; 4) хлоридом бария.
А8. Легче других отдает электрон с внешнего электронного уровня:
А9. Выберите верную характеристику. «Щелочные металлы…»:
1) тугоплавкие и тяжелые;
2) тугоплавкие и легкие;
3) легкоплавкие и тяжелые;
4) легкоплавкие и легкие.
А10. Как щелочные металлы реагируют с водой?
1) Практически с ней не реагируют за счет пассивации поверхности;
2) бурно реагируют с водой с выделением водорода;
3) реагируют с водой при повышении температуры;
4) реагируют с водой только при добавлении кислоты.
А11. Реакция, протекание которой маловероятно, – это:
2) NaCl + H2O = NaOH + HCl;
А12. Формула кристаллической соды – это:
А13. Самовозгорается на воздухе:
3) калий; 4) цезий.
А14. Калий не реагирует с:
1) этанолом; 2) этиленгликолем;
3) жидким аммиаком; 4) бензолом.
А15. В реакции натрия с 2-хлорпропаном образуется:
1) н-гексан; 2) 2-метилпентан;
3) 2,3-диметилбутан; 4) 2,2-диметилбутан.
11.2. Щелочно-земельные металлы
А16. Соединению MgCO3•CaCO3 соответствует название минерала:
1) кальцит; 2) доломит;
3) ангидрит; 4) магнезит.
А17. Формула гашеной извести – это:
А18. Формула наиболее сильного основания – это:
А19. Амфотерные свойства проявляет гидроксид:
1) бериллия; 2) магния;
3) кальция; 4) стронция.
А20. Реагирует с водой при комнатной температуре следующий металл:
1) бериллий; 2) магний;
3) кальций; 4) цинк.
А21. В ряду химических элементов Ba —> Sr —> Ca —> Mg металлические свойства:
3) изменяются периодически;
4) не изменяются.
А22. Кальций в промышленности получают:
1) электролизом расплава CaCl2;
2) восстановлением Са из CaCl2 действием водорода;
3) восстановлением Са из CaCl2 действием кокса;
4) действием натрия на водный раствор хлорида кальция.
А23. Разлагается действием воды следующая соль:
1) сульфид кальция; 2) сульфат кальция;
3) фосфат кальция; 4) карбонат кальция.
А24. При взаимодействии водных растворов хлорида кальция и карбоната калия в осадок выпадает:
1) оксид кальция;
2) гидроксид кальция;
3) карбонат кальция;
4) гидрокарбонат кальция.
А25. Продуктом реакции углерода с кальцием является:
1) карбид кальция; 2) карбонат кальция;
3) карбонад кальция; 4) карбонит кальция.
А26. Гидроксид бария взаимодействует с каждым из веществ группы:
А27. В схеме превращений
K2CO3 3 3)2
буквами «А» и «Б» обозначены вещества:
1) А – ВаО, Б – HBr;
4) А – ВаСl2, Б – NaOH.
А28. Металл, который в реакции с водой образует оксид, – это:
1) магний; 2) кальций;
3) стронций; 4) барий.
А29. Известно, что гидриды используют в лаборатории для получения водорода. Выберите верное окончание следующей фразы: «По сравнению с десятью граммами гидрида кальция десять грамм гидрида натрия позволяют получить…»
1) Больший объем водорода, т.к. молярная масса гидрида натрия меньше;
2) меньший объем водорода, т.к. гидрид кальция двухосновный;
3) больший объем водорода, т.к. на единицу его массы приходится большая масса водорода;
4) меньший объем водорода, т.к. на единицу его массы приходится меньшая масса водорода.
А30. Известковая вода – это:
1) раствор гидроксида кальция в воде;
2) раствор гидрокарбоната кальция в воде;
3) раствор хлорида кальция в воде;
4) раствор нитрата кальция в воде.
В1. Установите соответствие между металлом и температурой его плавления.
В2. Установите соответствие между ионом металла и окраской пламени.
В3. Установите соответствие между веществом (соль кальция) и продуктами его разложения при нагревании.
а) Гидрокарбонат кальция;
б) ацетат кальция;
в) нитрат кальция;
2) карбонат кальция + углекислый газ + вода;
3) карбонат кальция + формальдегид;
4) оксид кальция + диоксид азота + кислород;
В4. Установите соответствие между названием минерала и его формулой.
б) чилийская селитра;
В5. Установите соответствие между формулой металла и его характеристикой.
2) реагирует при комнатной температуре с атмосферным азотом;
3) образует нерастворимый в кислотах гидроксид;
4) проявляет амфотерные свойства;
В6. Металлический натрий можно получить:
1) электролизом расплавленного гидроксида натрия;
2) электролизом раствора нитрата натрия с графитовыми электродами;
3) электролизом концентрированного раствора хлорида натрия с ртутным катодом;
4) электролизом разбавленного раствора хлорида натрия с платиновыми электродами;
5) термическим разложением хлорида натрия;
6) электролизом расплава хлорида натрия.
В7. Магний может гореть в:
1) азоте; 2) углекислом газе;
3) хлоре; 4) неоне;
5) кислороде; 6) водороде.
В8. Карбонат кальция входит в состав:
1) глины; 2) известняка;
3) доломита; 4) пирита;
5) песка; 6) мрамора.
В9. При реакции с водой 0,347 г щелочного металла выделилось 560 мл водорода. Что это за металл?
В10. Сколько г гидроксида калия нужно растворить в 200 мл 1,2 М раствора соляной кислоты для полной нейтрализации? Ответ округлите до сотых.
2.3.3. Химические свойства азота и фосфора.
Химический элемент азот образует только одно простое вещество. Данное вещество является газообразным и образовано двухатомными молекулами, т.е. имеет формулу N2. Не смотря то, что химический элемент азот имеет высокую электроотрицательность, молекулярный азот N2 является крайне инертным веществом. Обусловлен данный факт тем, что в молекуле азота имеет место крайне прочная тройная связь (N≡N). По этой причине практически все реакции с азотом протекают только при повышенных температурах.
Взаимодействие азота с металлами
Единственное вещество, которое реагирует с азотом в обычных условиях – литий:
Интересным является тот факт, что с остальными активными металлами, т.е. щелочными и щелочноземельными, азот реагирует только при нагревании:
Взаимодействие азота с металлами средней и низкой активности (кроме Pt и Au) также возможно, однако требует несравнимо более высоких температур.
Нитриды активных металлов легко гидролизуются водой:
А также растворами кислот, например:
Взаимодействие азота с неметаллами
Азот реагирует с водородом при нагревании в присутствии катализаторов. Реакция является обратимой, поэтому для повышения выхода аммиака в промышленности процесс ведут при высоком давлении:
Как восстановитель азот реагирует со фтором и кислородом. Со фтором реакция идет при действии электрического разряда:
С кислородом реакция идет под действием электрического разряда или при температуре более 2000 о С и является обратимой:
Из неметаллов азот не реагирует с галогенами и серой.
Взаимодействие азота со сложными веществами
В рамках школьного курса ЕГЭ можно считать, что азот не реагирует ни с какими сложными веществами кроме гидридов активных металлов:
Химические свойства фосфора
Существует несколько аллотропных модификаций фосфора., в частности белый фосфор, красный фосфор и черный фосфор.
Белый фосфор образован четырехатомными молекулами P4, не является устойчивой модификацией фосфора. Ядовит. При комнатной температуре мягкий и подобно воску легко режется ножом. На воздухе медленно окисляется, и из-за особенностей механизма такого окисления светится в темноте (явление хемилюминесценции). Даже при слабом нагревании возможно самопроизвольное воспламенение белого фосфора.
Из всех аллотропных модификаций белый фосфор наиболее активен.
Красный фосфор состоит из длинных молекул переменного состава Pn. В некоторых источниках указывается то, что он имеет атомное строение, но корректнее все-таки считать его строение молекулярным. Вследствие особенностей строения является менее активным веществом по сравнению с белым фосфором, в частности в отличие от белого фосфора на воздухе окисляется значительно медленнее и для его воспламенения требуется поджиг.
Черный фосфор состоит из непрерывных цепей Pn и имеет слоистую структуру схожую со структурой графита, из-за чего и внешне похож на него. Данная аллотропная модификация имеет атомное строение. Самый устойчивый из всех аллотропных модификаций фосфора, наиболее химически пассивен. По этой причине, рассмотренные ниже химические свойства фосфора следует относить прежде всего к белому и красному фосфору.
Взаимодействие фосфора с неметаллами
Реакционная способность фосфора является более высокой, чем у азота. Так, фосфор способен гореть после поджига при обычных условиях, образуя кислотный оксид Р2O5:
а при недостатке кислорода оксид фосфора (III):
Реакция с галогенами также протекает интенсивно. Так, при хлорировании и бромировании фосфора в зависимости от пропорций реагентов образуются тригалогениды или пентагалогениды фосфора:
Ввиду существенно более слабых окислительных свойства йода по сравнению с остальными галогенами, возможно окисление фосфора йодом только до степени окисления +3:
В отличие от азота фосфор с водородом не реагирует.
Взаимодействие фосфора с металлами
Фосфор реагирует при нагревании с активными металлами и металлами средней активности образуя фосфиды:
Фосфиды активных металлов подобно нитридам гидролизуются водой:
А также водными растворами кислот-неокислителей:
Взаимодействие фосфора со сложными веществами
Фосфор окисляется кислотами окислителями, в частности, концентрированными азотной и серной кислотами:
Следует знать, что белый фосфор реагирует с водными растворами щелочей. Однако, ввиду специфичности умение записывать уравнения таких взаимодействий на ЕГЭ по химии пока еще не требовалось.
Тем не менее, тем, кто претендует на 100 баллов, для собственного спокойствия, можно запомнить следующие особенности взаимодействия фосфора с растворами щелочей на холоду и при нагревании.
На холоду взаимодействие белого фосфора с растворами щелочей протекает медленно. Реакция сопровождается образованием газа с запахом тухлой рыбы — фосфина и соединения с редкой степенью окисления фосфора +1:
При взаимодействии белого фосфора с концентрированным раствором щелочи при кипячении выделяется водород и образуется фосфит:
2.2.2. Химические свойства металлов IIA группы.
IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.
Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns 2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.
Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:
Ме 0 – 2e — → Ме +2
Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.
Взаимодействие с простыми веществами
Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.
Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):
Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.
Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:
с неметаллами IV–VI групп
Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.
Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C2 2- , фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:
Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:
С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):
Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.
Взаимодействие со сложными веществами
Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:
c кислотами-неокислителями
Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:
c кислотами-окислителями
− разбавленной азотной кислотой
С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):
− концентрированной азотной кислотой
Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:
Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.
− концентрированной серной кислотой
Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:
Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.
Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:
с щелочами
Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:
При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород
с оксидами
Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:
Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.
Читайте также: