Лабораторная работа свойства металлов

Обновлено: 04.10.2024

В методических указаниях представлено описание лабораторной работы, в которой рассмотрены основные методы испытания металлов для определения характеристик механических свойств, приведены зависимости для их расчета.

Предназначены для студентов 1-го − 3-го курсов, изучающих дисциплины «Материаловедение», «Материаловедение и технология конструкционных материалов» и «Технология конструкционных материалов», очной и заочной форм обучения.

Библиогр.: 2 назв. Рис. 9. Табл. 2.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор А. В. Бородин;

канд. техн. наук, доцент А. В. Солдаткин.

Введение…………………………………………………………….………

Лабораторная работа. Механические свойства металлов ………….

1. Определение характеристик прочности ………….…………………

1.1. Определение характеристик статической прочности ……………

1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении (испытания на усталость)……………………………………

1.3. Определение характеристик динамической прочности …………

1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла при высокой температуре ……………………………………….

2. Определение характеристик пластичности …………………………

3. Определение характеристик твердости ……………………………..

4. Порядок выполнения работы ……………………………………….

5. Содержание отчета ……………………………….…………………..

6. Вопросы для самоконтроля ………………………………………….

Библиографический список…………………………………..………….

Дисциплина «Материаловедение» изучает зависимость между составом, строением и свойствами конструкционных материалов.

Все свойства материалов делятся на следующие группы:

физические – цвет, плотность, температура плавления, кристаллическое строение, электро- и теплопроводность, магнетизм и т. п.;

химические (характеризуют поведение материалов при химическом взаимодействии с другими химическими элементами и их соединениями) – окисляемость, растворимость в щелочах и кислотах и т. п.;

технологические (характеризуют поведение материалов при различных способах их обработки в процессе изготовления заготовок и деталей) – свариваемость, штампуемость, жидкотекучесть, усадка, прокаливаемость, закаливаемость, обрабатываемость резанием и т. п. Значения этих свойств определяются с помощью технологических проб и методов на образцах этих материалов, например: спиральная проба на жидкотекучесть, проба на загиб, проба на кровельный замок, метод торцевой закалки и др.;

механические (характеризуют поведение материалов под нагрузкой) – прочность, упругость, пластичность, твердость;

эксплуатационные (характеризуют поведение материалов при различных условиях эксплуатации) – износо- и коррозионная стойкость, окалиностойкость, задиростойкость и прирабатываемость в узлах трения, надежность, долговечность и др., которые существенно зависят от приведенных выше свойств, особенно от механических.

В процессе эксплуатации технических устройств их детали испытывают различные виды нагружения, которые вызывают напряжение и деформацию в материалах. Для правильного конструирования, изготовления и эксплуатации изделий необходимо знать механические свойства материалов, из которых они изготовлены, и основные стандартные характеристики этих свойств, а также методы их определения.

В методических указаниях рассмотрены основные механические свойства металлов и методы определения их характеристик.

Лабораторная работа

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомиться со стандартными методами испытания материалов для определения характеристик таких механических свойств, как прочность, пластичность и твердость; изучить методику расчета значений этих характеристик по результатам испытаний.

А б

Рис. 1. Стандартные образцы для испытания на статическое осевое
растяжение: а – круглые образцы; б – плоские образцы с головками

На рис. 2 обозначено: 1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний
захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – индикатор нагрузок;
8 – привод нагружающего механизма.

Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε, рис. 3). При этом силу Р, растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F₀ (это отношение называется напряжением σ), а удлинение образца Dl – к первоначальной длине расчетной части образца l₀:

σ = P / F₀, (1)

ε = Δl / l₀, (2)

где Р_т – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);

F₀– начальная площадь поперечного сечения образца, м 2 (мм 2 ).

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Р_max, предшествующему разрыву образца, Н/м 2 (МПа, кгс/мм 2 ):

1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении
(испытания на усталость)

Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью. Разрушение таких деталей, как валы, рессоры, рельсы, шестерни и др., в эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называется выносливостью, или циклической (усталостной) прочностью.

Усталостная прочность – способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках, она характеризуется наибольшим напряжением σ_-1, которое выдерживает металл, не разрушаясь при бесконечно большом числе циклов нагружения, и называется пределом усталости, или пределом выносливости. Для оценки способности материала сопротивляться действию циклических напряжений и исследования различных стадий усталостного разрушения в технике широко используют кривые усталости (рис. 4), которые показывают связь между уровнем переменного напряжения σ и числом циклов до разрушения N (кривые Велера).

Для углеродистой конструкционной стали предел усталости условно принимается равным (0,4 – 0,5) σ_в.

Значение предела выносливости зависит от многих факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.

Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении.Живучесть − это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины до полного разрушения, она измеряется числом циклов нагружения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.

1.3. Определение характеристик динамической прочности

Основной характеристикой динамической прочности материалов является ударная вязкостьKCUилиKCV, Дж/м 2 (кгс∙м/см 2 ).

В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают динами-ческие (ударные) нагрузки. Для определения стойкости металла к удару и одновременной оценки его склонности к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78 (Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах).
Метод основан на разрушении стандартного образца для испытания на динамическую прочность (рис. 5) с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах (схема испытания представлена на рис. 6). При испытании определяют полную работу, затраченную на разрушение образца ударным изгибом (работу удара), по значению которой рассчитывается ударная вязкость.

Ударную вязкость (KC) в Дж/см 2 (кгс·м/см 2 ) вычисляют по формуле:

KC= K/ S₀, (5)

где K – работа удара, Дж (кгс·м);

S₀– начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см 2 , вычисляемая по формуле:

где Н₁ – начальная высота рабочей
части образца, см;

B − начальная ширина образца, см.

Для определения ударной вязкости применяют образцы (обычно размером 10 ´ 10 ´ 55 мм) с U- или V-образным надрезом. Надрез посередине образца называется концентратором. Испытания проводят на маятниковом копре 1 (рис. 6, а). Маятник 2, падая с определенной высоты, разрушает образец 3, свободно установленный на двух опорах копра (рис. 6, б). Работа удара K (Дж или кгс×м), затраченная на излом (разрушение) образца, фиксируется стрелкой на шкале копра и определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара. Ее можно определить по формуле:

где G – сила тяжести, Н, G = mg;

m – масса маятника, кг;

h₁ – исходная высота подъема маятника, м;

h₂ – высота подъема маятника после разрушения образца, м.

Если образец имеет U-образный надрез, то в обозначение ударной вяз-кости добавляется буква U (КСU), а если V-образный, то добавляется буква
V (КСV).

Рис. 6. Схема испытаний на ударную вязкость:

а – маятниковый копер; б – установка образца

Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженной и повышенной температуре вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытания. Цифровой индекс ставят вверху после буквенных составляющих, например: KCV −40 – работа удара, определенная на образце с концентратором вида V при температуре минус 40 °С; KCU +100 – ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида U при температуре плюс 100 °С.

Определение ударной вязкости является наиболее простым и показательным способом оценки сопротивляемости к хрупкости при работе в условиях низких температур, называемой хладноломкостью. Практически хладноломкость определяют при испытании на удар серии образцов при нескольких понижающихся значениях температуры (от комнатной до минус 100 °С). Результаты испытаний наносят на график в координатах «ударная вязкость – температура испытания» (рис. 7). Температура, ниже которой происходит падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости, или порогом хладноломкости. Порог хладноломкости − температура, при которой металл переходит из вязкого состояния в хрупкое. Верхним порогом хладноломкости является температура t_в, при которой доля вязкой (волокнистой, матовой) составляющей в изломе металла (сплава) более 90 %, а нижним – температура t_н, при которой доля вязкой составляющей в изломе металла менее 10 %, т. е. преобла-дает хрупкий (кристаллический, блестящий) излом. В технике за порог хладноломкости принимают критическую температуруt_кр, при которой доля вязкого излома составляет 50 %. Чем ниже порог хлад ноломкости материала, тем выше его надежность при низкой температуре.

1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла
при высокой температуре

Жаропрочность − свойство металлов при высокой температуре соп-ротивляться деформации и разрушению при действии приложенных напряжений. Жаропрочность зависит от химического состава, структуры и технологии изготовления сплава.

Пределом ползучести называется напряжение, которое вызывает за установленное время испытания при данной температуре заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) или заданную скорость ползучести на прямолинейном участке кривой ползучести.

Предел ползучести обозначается как напряжение σ с числовыми индексами – верхний указывает температуру в градусах Т, а нижний − отношение
деформации δ в процентах и времени τ в часах, за которое она возникает , например: МПа означает, что напряжение 80 МПа за время 100 000 ч при температуре 600 °С создает 1 % пластической деформации ползучести. Нижний индекс представляет собой скорость ползучести, %/ч, V = 1×10 −5 .

Предел ползучести является базовой расчетной характеристикой конст-рукций, работающих с ограниченной суммарной деформацией ползучести. Например, для подвижных узлов турбин (валов, лопаток) суммарная деформация ползучести за весь период работы не должна превышать определенного значения, обусловленного конструктивными соображениями работоспособности.

Ползучесть − свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при статическом нагружении, особенно при высокой температуре. При повышенной температуре металлы приобретают способность получать остаточные деформации («ползти») даже в тех случаях, когда действующие напряжения лежат значительно ниже предела текучести (упругости) данного металла при заданной температуре.

Испытания на ползучесть дают возможность получения кривой ползу-чести, представляющей собой графическое изображение зависимости деформации от времени при постоянных температуре и напряжении, по которой определяют деформацию за установленное время или скорость ползучести.

Пределом длительной прочности называется напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время.

Предел длительной прочности обозначается как напряжение МПа, с числовыми индексами − верхний указывает температуру в градусах, а нижний − длительность испытания в часах. Например, означает, что температура испытания − 650 °С, длительность испытания − 100 000 ч.

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с методами определения основных характеристик прочности, пластичности и твердости.

2) Провести измерения размеров стандартных образцов из среднеуглеродистой конструкционной стали до и после разрушения, рассчитать значения относительного удлинения и ударной вязкости.

3) С использованием табл. 1 определить твердость на образцах среднеуглеродистой конструкционной стали методами Бринелля, Роквелла и Виккерса.

4) По полученным значениям твердости определить по эмпирическим
зависимостям статическую прочность и предел выносливости стали, указать
ее марку.

Содержание отчета

1) Краткое описание методик определения основных характеристик механических свойств металла. Эскизы стандартных образцов для испытания на разрыв, на разрушение, схемы испытания и расчетные формулы.

2) Результаты измерений и расчетов.

3) Заполненная табл. 2 с результатами исследований механических свойств испытуемых образцов.

Результаты исследований испытуемых образцов

Испытуемый образец	Значение твердости	δ, %	σ_в, МПа
HB	HRC	HRB	HRA	HV

Вопросы для самоконтроля

1) Какие свойства металла относятся к физическим, химическим, технологическим? Приведите примеры.

2) Какие свойства металла относятся к механическим? Дайте определение основных механических свойств металла.

3) Как проводят испытания по определению предела прочности металла на растяжение?

4) Как проводят испытания по определению ударной вязкости металла?

5) Какие методы испытаний по определению твердости металла известны?

6) Что понимают под усталостью металла и как ее определяют?

7) Какие методы определения твердости рекомендованы для очень твердых и мягких материалов?

8) Что такое пластичность металла? Приведите ее характеристики и их определение.

2. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники / Под ред. Н. Н. Воронина. М.: Маршрут, 2004. 456 с.

Учебное издание

РАУБА Александр Александрович, РАЖКОВСКИЙ Александр Алексеевич,

ПЕТРОЧЕНКО Сергей Валерьевич, ТИХОМИРОВ Владимир Игнатьевич

РАЗДЕЛ «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ»

Редактор Н. А. Майорова

Корректор Д. А. Волнина

Подписано в печать 01.07.2011. Формат 60 ´ 84 1 /₁₆.

Тираж 250 экз. Заказ .

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

ОМСК 2011

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Утверждено редакционно-издательским советом университета

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Лабораторная работа "Общие свойства металлов"
учебно-методический материал по химии (11 класс) по теме

Предлагаем студентам экспериментально изучить химические свойства ме-таллов разной активности и сделать вывод о связи между положением метал-ла в ряду и его реакционной способностью. По ходу выполнения опытов уча щиеся заполняют таблицу в тетрадях для практических работ.

Вложение	Размер
lab_rab_no6resh.eksp_.zad_._po_teme_metally_variant1svoystva_me.docx	31.06 КБ

Подтяните оценки и знания с репетитором Учи.ру

За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.

Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 6

Тема: Общие свойства металлов.

Дидактическая цель: создать условия для применения студентами знаний и умений в знакомых и новых учебных ситуациях.

Образовательные цели : на практике познакомить учащихся с химическими свойствами металлов разной активности; установить связь между положени-ем металла в ряду активности и его химическими свойствами; повторить типы химических реакций.

Развивающие цели : развивать общеучебные умения и навыки (заполнение таблицы, грамотное проведение эксперимента, моделирование процесса, вы-деление главного), внимание, мышление (прогнозирование продуктов реак-ции); продолжить формирование умения записывать уравнения химических реакций.

Воспитательные : развивать навыки общения в группе

Основные правила безопасности при выполнении эксперимента

Содержите свое рабочее место в чистоте и порядке, работайте внимательно и аккуратно.
Соблюдайте тишину, не отвлекайте товарищей.
Не пейте и не принимайте пищу в лаборатории.
Приступайте к выполнению задания только тогда, когда четко уяснили цели, задачи и ход проведения эксперимента, строго следуйте всем ука-заниям преподавателя.
Осмыслите основные этапы проведения опыта. Проверьте наличие не-обходимого оборудования и реактивов на рабочем месте перед началом работы.
Сухие вещества берите шпатылем, жидкие реактивы набирайте пипет-кой; наливая жидкость из склянки, держите емкость этикеткой к ладони. Категорически запрещается брать реактивы руками.
НЕ сливайте инее ссыпайте ошибочно взятый избыток какого-либо ре-актива в ту емкость, из которой он был взят.
Не пробуйте вещества на вкус.
При попадании на кожу кислот смойте их большим количеством воды и обработайте пораженное место нейтрализующим веществом (5%-10%

-ным раствором соды).

10. При попадании реактивов на одежду смойте их большим количеством воды и используйте нейтрализующее средство по указанию учителя для каждого конкретного случая.

11.После окончания работы сдайте рабочее место преподавателю или дежур- ному студенту.

Предлагаем студентам вопросы:

1.Что такое ряд активности?

2.По какому принципу металлы расположены в этом ряду?

3.Какие химические свойства характерны для металлов, стоящих в этом ряду активности до водорода и после него?

4.Какие признаки металлов вам известны?

5.Где находятся металлы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева?

6.Что такое химическая реакция?

7.Какие типы химических реакций вам известны?

Предлагаем студентам экспериментально изучить химические свойства ме-таллов разной активности и сделать вывод о связи между положением метал-ла в ряду и его реакционной способностью. По ходу выполнения опытов уча щиеся заполняют таблицу в тетрадях для практических работ.

Результаты изучения некоторых химических свойств металлов разной активности

Организуем в группах выполнение химического эксперимента. Предлагаем инструкцию.

Инструкция по выполнению работы

В пробирку с порошкообразным железом аккуратно добавьте несколь-ко капель соляной кислоты. Наблюдайте происходящее явление и за-полните табдицу. Какой газ при этом выделился? О чем это свидетель-ствует?
В пробирку аккуратно налейте несколько миллилитров раствора суль-фата меди (||), добавьте гранулу цинка, наблюдайте появление красного налета на поверхности цинка. Заполните таблицу.
К медным стружкам аккуратно прилейте несколько капель соляной кислоты. Если признаки протекания реакции? Заполните таблицу.
Наблюдайте опыт, демонстрируемый преподавателем: взаимодействие кусочка лития с водой. Обратите внимание на выделение газа. Заполните таблицу.
Сделайте общий вывод.

Студенты в группах проводят опыты, иллюстрирующие свойства металлов: взаимодействие с кислотами и солями. При этом они применяют знания в знакомой ситуации (пункты 1,2 инструкции), в измененной (пункт3) и в новой (пункт 4,5). Заполняют таблицу и формулируют выводы.

Информация о домашнем задании и рефлексия

Закончить уравнения реакций, написать их в ионном виде:

Вопрос : как связано положение металла в ряду активности с его природой и химическими свойствами?

Оценка лабораторных работ производится по следующим критериям:

Оценка 5 ставится, если учащийся самостоятельно выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведе-ния опытов, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и акку-ратно выполняет все записи, оформляет таблицу, делает выводы, отвечает на вопросы.

Оценка 4 ставится, если выполнены требования к оценке 5, но были допущены два-три ошибки в написании уравнений реакций.

Оценка 3 ставится, если студент правильно понимает химическую сущность рассматриваемых явлений и закономерностей, но в ответе имеются пробелы, не препятствующие дальнейшему усвоению материала. Работа выполнена не полностью.

Оценка 2 ставится, если студент не овладел основными знаниями и умениями в соответствии с требованиями программы и допустил много ошибок. Работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, наблюдения производились неправильно.

Оценка 1 ставится, если учащимся совсем не выполнил работу.

Во всех случаях оценка снижается, если ученик не соблюдал требований правил безопасного труда.

Перечень ошибок

1. Незнание определений основных понятий, законов, правил, основных положений теории, формул, общепринятых символов обозначения химичес-ких знаков, физических величин, единиц их измерения.

2. Неумение выделять в ответе главное.

3. Неумение применять знания для написания уравнений реакций, решения задач и объяснения физических и химических явлений решения.

5. Неумение провести опыт, написать уравнения химических реакций. необходимые расчеты или использовать полученные данные для выводов.

6. Небрежное отношение к лабораторному оборудованию.

8. Нарушение требований правил безопасного труда при выполнении эксперимента.

1. Неточности формулировок, определении, понятий, законов, теорий, вызванные неполнотой охвата основных признаков определяемого понятия; ошибки, вызванные несоблюдением условий проведения опыта или измерений.

2. Ошибки в условных обозначениях.

3. Пропуск или неточное написание наименований единиц физических величин.

Практическая работа №2 По теме: «Общие свойства металлов и их соединений».
методическая разработка по химии по теме

Практическая работа №2

По теме: «Общие свойства металлов и их соединений».

Цель работы: изучение химических свойств металлов и их соединений.

Закрепить знания о химических свойствах металлов: взаимодействие металлов с растворами кислот и солей.
Экспериментальным путем убедиться в различной химической активности металлов, доказать, что более активные металлы восстанавливают менее химически активные из водных растворов их солей.
Изучить общие свойства амфотерных гидроксидов.
Изучить общие свойства нерастворимых оснований.
Отработать навыки экспериментальной работы согласно правилам техники безопасности.

Краткие теоретические сведения.

Металлы в периодической системе находятся в I, II, III группах, в побочных подгруппах всех групп. Кроме того, металлами являются наиболее тяжелые элементы IV, V, VI и VII групп.

Особенностью строения атомов металлов является небольшое число электронов во внешнем электронном уровне, как правило, не превышающее трёх. Атомы металлов легко отдают электроны и являются хорошими восстановителями.

Металлы по их активности расположены в ряд, называемый электрохимическим рядом напряжений металлов.

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

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода, могут вытеснять его из растворов кислот, а всякий металл, стоящий ближе к началу ряда, может вытеснять (восстанавливать) последующие из растворов их солей.

1.Металлы, расположенные в начале ряда - от лития до магния –восстанавливают водород из воды с образованием щелочи:

2Na + 2HOH  2NaOH + H 2 ↑.

2. Металлы менее активные (от марганца до железа), восстанавливая из воды водород, образуют оксиды:

3Fe + 4H 2 O  Fe 3 O 4 + 4H 2 ↑.

3.Металлы реагируют с кислотами. Взаимодействие металлов зависит от их активности (см. электрохимическим рядом напряжений металлов) и от концентрации кислоты:

а) кислоты HCl, H 3 PO 4 , H 2 SO 4(разб.) реагируют со всеми металлами (кроме Pb), которые стоят в ряду напряжений до водорода, при этом выделяется водород;

Zn + 2HCl  ZnCl 2 + H 2 ↑.

б) концентрированная H 2 SO 4 при нагревании реагирует со всеми металлами (кроме Pt и Au), при этом водород не выделяется; с тяжелыми (плотность > 5 г/ см 3 ) металлами образует газ SO 2 (оксид серы (IV)); с более активными легкими (плотность 3 ) металлами выделяется H 2 S (сероводород):

Cu +2H 2 SO 4 (конц)  CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2 ↑.

в) концентрированная НNO 3 c щелочными и щелочноземельными металлами образует газ N 2 O – оксид азота (IV), с другими тяжелыми металлами – оксид азота (IV) NO 2 :

Ca + 10HNO 3(конц.) → Ca(NO 3 ) 2 + N 2 O + 5 H 2 O

Cu + 4HNO 3(конц.) → Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + 2 H 2 O

г) разбавленная НNO 3 взаимодействует c щелочными и щелоч-ноземельными металлами, а также с Zn, Fe, Sn, при этом выделяется газ NH 3 (аммиак) или образуется соль аммония (NH 3 + НNO 3 =NH 4 NO 3 ), при реакции с остальными металлами (плотность > 5 г/ см 3 ) образуется оксид азота (II) NO:

Ca + 10HNO 3(разб.) → 4Ca(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O

Cu + 4HNO 3(разб.) → 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O

д) кислоты H 2 CO 3 ,H 2 SO 3 , CH 3 COOH – слабые, взаимодействуют с активными металлами:

2 CH 3 COOH + 2Na → 2CH 3 COONa + H 2

4. Каждый последующий металл может быть восстановлен из раствора соли предыдущим металлом: Fe + CuSO 4  FeSO 4 + Cu.

Переходные металлы расположены в Периодической системе с 4 по 7 период. Переходные металлы, символы которых расположены в самой таблице, называют d-элементами, а те элементы, символы которых расположены в нижней части Периодической системы, называют лантаноидами и актиноидами или f-элементами.

Амфотерные оксиды - оксиды переходных металлов.

1. Амфотерные оксиды не растворяются в воде.

2. Амфотерные оксиды, реагируя с основными и с кислотными оксидами, дают соли:

Al 2 O 3 + K 2 O  2KAlO 2 ,

Al 2 O 3 + 3SO 3  Al 2 (SO 4 ) 3 .

3. Амфотерные оксиды, реагируя с основными или кислотными гидроксидами, дают соли:

ZnO + 2KOH  K 2 ZnO 2 + H 2 O,

ZnO + H 2 SO 4  ZnSO 4 + H 2 O

4. Соответствующие амфотерным оксидам гидроксиды обладают амфотерными свойствами:

Zn(OH) 2  Zn 2+ + 2OH - - как основание

H 2 ZnO 2  2H + + ZnO 2 2- - как кислота

Амфотерные гидроксиды - это такие гидроксиды, где растворенная в воде часть, диссоциирует на катионы водорода, металла и анионы гидроксида и кислотного остатка.

Zn(OH) 2 ⇆ Zn 2+ + 2OH - , H 2 ZnO 2 ⇆ 2H + + ZnO 2 2-

1.Взаимодействием переходных металлов (после удаления оксидной пленки) с водой:

2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3  + 3H 2 ↑

2.Взаимодействие солей со щелочами:

ZnCl 2 + 2KOH  Zn(OH) 2  + 2KCl

3. Взаимодействием солей с кислотами:

Na[Al(OH) 4 ] + HCl  Al(OH) 3  + NaCl + H 2 O

1. Диссоциирует на ионы растворенная в воде часть амфотерного гидроксида: Zn(OH) 2 ⇆ Zn(OH) + + OH - ⇆ Zn 2+ + 2OH -

H 2 ZnO 2 ⇆ HZnO 2- + H + ⇆ZnO 2 2- + 2H +

2. Взаимодействие с кислотными оксидами, кислотами и кислыми солями:

2Cr(OH) 3 + 3SO 3  Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O

Al(OH) 3 + 3HBr  AlBr 3 + 3H 2 O

Zn(OH) 2 + 2NaHSO 4  ZnSO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

3. Взаимодействуют с основными оксидами, основаниями и основными солями:

Zn(OH) 2 + Li 2 O  Li 2 ZnO 2 + H 2 O

Zn(OH) 2 + Ba(OH) 2  BaZnO 2 + 2H 2 O

4. Подвергаются разложению при нагревании:

2Al(OH) 3  Al 2 O 3 + 3H 2 O

Приборы и реактивы:

- штатив с пробирками, пипетка, держатель для пробирок, спиртовки, спички, стеклянная палочка.

- растворы: серной кислоты, гидроксида натрия; растворы солей: сульфат меди (II),хлорид цинка, сульфат алюминия, сульфат натрия; кусочки: цинка, меди.

Порядок выполнения работы.

Опыт № 1. Взаимодействие металлов с растворами кислот.

Ход работы: В три пробирки положить: в первую кусочек магния, во вторую – гранулу цинка, в третью – медь (кусочек проволоки). Прилить во все пробирки 1 мл раствора серной кислоты.

Записать наблюдения в таблицу «Оформление отчета». Сравнить скорость происходящих реакций. Почему в одной из пробирок реакция не идёт? Дать объяснение. Записать уравнения реакций в молекулярном и ионном видах.

Опыт № 2. Взаимодействие металлов с солями.

Ход работы: В одну пробирку положить одну гранулу цинка и прилить раствор медного купороса, во вторую – кусочек медной проволоки и прилить раствор сульфата натрия.

Записать наблюдения в таблицу «Оформление отчета». Составить схему электронного баланса в окислительно–восстановительных реакциях.

Опыт № 3. Получение гидроксида цинка и испытание его амфотерных свойств.

Ход работы: В две пробирки налить по 5-6 капель раствора соли цинка и очень аккуратно по каплям добавить в них раствор щелочи до появления осадка.

Затем в одну пробирку добавить 2-3 капли раствора серной кислоты.

В другую пробирку добавить избыточное количество щелочи (до растворения осадка).

Записать наблюдения в таблицу «Оформление отчета». Составить уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

Опыт № 4. Получение гидроксида меди и изучение его свойств

Ход работы: Из имеющихся реактивов получить гидроксид меди (II). Указать цвет осадка. Нагреть полученное вещество.

Записать наблюдения в таблицу «Оформление отчета». Что произойдет с осадком при нагревании?

Лабораторная работа 7. Общие свойства металлов

6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):

2Li 0 + H₂  2Li +1 H

II. Реакции с кислотами

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg 0 + 2HCl  Mg +2 Cl₂ + H₂ 0

Mg 0 + 2H +  Mg 2+ + H₂ 0

2Al 0 + 6HCl  2AlCl₃ + 3H₂ 0

2Al 0 + 6H +  2Al 3+ + 3H₂ 0

6Na 0 + 6H +  6Na + + 3H₂ 0

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: "окислительно-восстановительные реакции", "серная кислота", "азотная кислота".

III. Взаимодействие с водой

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na 0 + 2H₂O  2Na +1 OH + H₂ 0

2Na 0 + 2H₂O  2Na 1+ + 2OH 1- + H₂ 0

Ca 0 + 2H₂O  Ca 2+ + 2OH 1- + H₂ 0

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn 0 + H₂O – t  Zn +2 O + H 0 ₂

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) - не реагируют.

4) Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Cu 0 + Hg +2 Cl₂  Hg 0 + Cu +2 Cl₂

Cu 0 + Hg 2+  Cu 2+ + Hg 0

Fe 0 + Cu +2 SO₄  Cu 0 + Fe +2 SO₄

Fe 0 + Cu 2+  Cu 0 + Fe 2+

Работа в лаборатории

Оборудование и реактивы:

штатив с пробирками

Опыт № 1 Взаимодействие металлов с растворами солей.

Поместите в две пробирки по 1 мл раствора сульфата меди. В одну пробирку опустите кусочек цинка, а в другую железные стружки.

Какие изменения происходят на поверхности металлов?

Напишите уравнения реакций. Составьте электронный баланс. Пользуясь рядом электрохимических напряжений металлов, объясните эти реакции.

Опыт № 2 Взаимодействие металлов с растворами кислот.

В две пробирки поместите по 1 мл растворов кислот: соляной, серной. Опустите в каждую по 1-2 стружки алюминия. В две другие также налейте по 1 мл соляной и серной кислоты, и опустите в каждую по 1-2 стружки железа. В пробирках, где наблюдается энергичное выделение газа, попробуйте поджечь его горящей лучиной.

Напишите уравнения реакций, составьте электронный баланс

Опыт № 3 Отношение металлов к действию щелочей.

Поместите в две пробирки по 1 мл 30 %-ного раствора NaOH и опустите в первый раствор 1-2 алюминиевые стружки, во второй 1-2 стружки железа. Есть ли различие в происходящих процессах? Когда начнется энергичное выделение газа, подожгите его горящей лучиной. Запишите наблюдения и уравнение происходящей реакции.

Составьте отчет следующего содержания:

№ опыта

Порядок выполнения

Наблюдения

Уравнение реакции

Выводы

. Общие свойства металлов

Цель работы:

Урок 38.

Лабораторная работа 8. Свойства железа и его соединений

Цель работы: познакомить с некоторыми химическими свойствами соединений железа в различных степенях окисления.

Пояснения к работе

Железо и его соединения

Химические свойства

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III):

2) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

4) Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

5) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Соединения двухвалентного железа

Гидроксид железа (II)

Образуется при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeCl + 2KOH ® 2KCl + Fе(OH)₂¯

Fe(OH)₂ - слабое основание, растворимо в сильных кислотах:

При прокаливании Fe(OH)₂ без доступа воздуха образуется оксид железа (II) FeO:

В присутствии кислорода воздуха белый осадок Fe(OH)₂, окисляясь, буреет – образуя гидроксид железа (III) Fe(OH)₃:

Соединения железа (II) обладают восстановительными свойствами, они легко превращаются в соединения железа (III) под действием окислителей:

Соединения железа склонны к комплексообразованию (координационное число=6):

Качественная реакция на Fe 2+

При действии гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):

Читайте также: