Металлы в природе встречаются в виде соединений

Обновлено: 07.07.2024

Цели урока: Познакомить с природными соединениями металлов; сформулировать понятие о самородных металлах, минералах и рудах; ознакомить с металлургией и ее видами: пиро-, гидро-, электрометаллургией.

Образовательная: дать определения понятий самородные металлы, минералы, руды, металлургия, пиро-, гидро- и электрометаллургия; важнейшие минералы металлов.

Развивающая: научить характеризовать основные этапы различных видов металлургического производства.

Воспитывающая: сформировать ЗУН для экологически грамотного поведения в окружающей среде и в быту.

Планируемые результаты:

Предметные: Знать определения понятий самородные металлы, минералы, руды, металлургия, пиро-, гидро- и электрометаллургия; важнейшие минералы металлов.

Метапредметные: Уметь характеризовать основные этапы различных видов металлургического производства.

Личностные: Использовать ЗУН для экологически грамотного поведения в окружающей среде и в быту.

Термины: самородные металлы, минералы, руды, металлургия, пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия.

Оборудование: Коллекция руд металлов, природные соединения различных металлов из числа имеющихся в лаборатории веществ.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока : комбинированный урок.

1.Организационный момент: Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.

2.Актуализация знаний: проводится опрос по ранее изученной теме.

Фронтальный опрос

- Какими металлами можно восстановить водород из раствора соляной кислоты?

-Можно ли хранить в железной посуде растворы солей металлов? Если можно, то соли каких металлов?

-Какие ионы являются окислителями в молекулах азотной кислоты и концентрированной серной кислоты? Какие газообразные продукты при этом могут выделится?

-Какие химические реакции могут произойти, если кусочек магния поместить в водный раствор хлорида алюминия?

Составьте уравнения реакций.

Какие из предложенных реакций возможны?
a)Mg + FeCl₂→

в)К + MgCl₂ → (ЩМ будет взаимодействовать с водой)

г)Ag + CuSO₄ → (Ag менее активный металл, чем Сu)

3.Работа по теме урока

Природные соединения металлов

В природе металлы встречаются чаще всего в виде соединений (металлических руд). Объясняется это высокой химической активностью металлов.

-Могут ли металлы находится в природе в свободном (или самородном) состоянии, то есть в виде М 0 ? Если могут, то какие это металлы?

(Ответ: это металлы низкой химической активности)

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества (самородки), или в виде сложного вещества.

Записать в тетрадь.

1)Благородные металлы-Au ,Pt-встречаются в природе в свободном состоянии (в виде простого вещества).

2)Активные металлы (до Sn ) встречаются только в виде соединений (сложных веществ –оксидов, солей).

3)Некоторые металлы встречаются и в свободном виде, и в виде соединений( Sn, Cu, Hg, Ag).

Чаще всего металлы в природе встречаются и в виде солей неорганических кислот: сульфидов, хлоридов, нитратов, сульфатов, карбонатов, а также оксидов.

хлоридов - сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;

нитратов – чилийская селитра NaNO₃;

сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ ? 10 H₂O, гипс CaSO₄ • 2Н₂О;

карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ • MgCO₃;

Химические формулы важнейших минералов.

Какие химические формулы важнейших минералов: железа, свинца, цинка, ртути? (работа с учебником)

-Что называют минералами?

(Ответ: различные природные химические соединения металлов.)

-Что называют рудами?

(Ответ: природные соединения содержащие минералы.)

Получение металлов

Как вы думаете, какой химический процесс лежит в основе получения металлов?

(Ответ: в природе большинство металлов встречается в составе соединений, и их С.О. положительная (М +n ). Значит, для того чтобы их получить в виде М 0 , необходимо произвести процесс восстановления.)

Получением металлов из их соединений занимается важнейшая отрасль промышленности, называемая металлургией.

Металлургия ( от греч. metallurgio – обрабатывать металлы) – это область науки, техники и производства, связанная с промышленным получением металлов из природного сырья.

Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для обработки. Это может быть обжиг руд для перевода металла в оксид или растворение нерастворимых соединений ( обработка кислотами,содой и др.).Катионы металлов М +n в металлургических процессах являются окислителями. Восстановителями выступают следующие вещества: С (уголь), Н₂, СО, Аl, Mg, активные металлы- ЩМ, ЩЗМ, электрический ток.

Познакомимся с общими способами получения металлов.

Пирометаллургия - это восстановление металлов из их руд, происходящее при высоких температурах:

Гидрометаллургия - это восстановление металлов из растворов их солей другими, более активными металлами:

Этим способом получают следующие металлы: Ag, Au, Zn, Mo.

Электрометаллургия- это восстановление металлов с помощью электрического тока. Данный метод основан на электролизе растворов или расплавов соединений металлов. Наиболее активные металлы получают электролизом расплавов их соединений:

Этим способом получают ЩМ, ЩЗМ,Al.

Микробиологический метод получения металлов, в котором используется жизнедеятельность некоторых видов бактерий.

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

4. Закрепление:

1.Перечислите способы получения металлов из природного сырья.

2.Назовите черты сходства и различия в разных видах металлургии.

На (3) и (4) вопросы ответьте письменно (время на выполнение работы 5 минут)

3.Определите способ получения металла и разновидность этого способа:

А) восстановление меди из медной руды куприта (Cu₂O)

Cu₂O + C = 2Cu + CO ( при t)

Б) восстановление хрома из оксида хрома (III)

В) восстановление вольфрама из оксида вольфрама (VI)

Г) получение натрия из расплава хлорида натрия:

2NaCl = 2Na + Cl₂ (ток)

4. Какой из железосодержащих минералов экономически предпочтительнее использовать для получения железа с точки зрения содержания в руде нужного элемента: пирит FeS₂, лимонит Fe₂O₃ × 2H₂O, магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂O₃. Ответ обоснуйте, рассчитав массовую долю железа в соединениях.

5. Домашнее задание : § 9 Упр. № 1-6 (для всех). Наиболее активным учащимся предлагается работа по составлению кроссворда на тему: «Металлы. Способы получения металлов».

Какие металлы встречаются в природе в самородном состоянии?

Какие химические элементы встречаются в самородном состоянии?

Металлы в чистом виде, то есть в самородном состоянии, в виде самородков, встречаются в природе достаточно редко, хотя с такими металлами человечество познакомилось уже очень давно, когда первобытные люди обнаружили самородки золота или меди. Именно химически инертные металлы чаще всего и встречаются в природе в виде самородков. Это благородные металлы, к которым помимо золота относится платина, иридий, осмий, палладий, рутений и родий. Это серебро и медь. Чистое железо также может встретится в природе, хотя в основном это метеоритное железо. Известны случаи нахождения самородков алюминия, цинка, свинца, олова, хрома, кадмия и даже ртути. Находили даже самородные сплавы - чугун, латунь.

Металлов в природе насчитывается более 90. 60 из них встречаются в природе в виде соединений или в свободном состоянии в виде самородков.

Имеются металлы, которые

встречаются только в свободном виде (такие как золото и платина, так как они очень химически инертны и взаимодействуют с другими элементами при жестких условиях).
встречаются в природе только в виде соединений с другими химическими элементами, потому что они очень активны и не могут существовать в свободном состоянии (такие как натрий и калий или кальций)
встречаются и в виде соединений и с свободном состоянии, например никель, олово, свинец.

Металлы в природе

По поводу металлов которые встречаются в самородном состоянии хочу заметить, что речь идет о металлах которые можно назвать химически чистыми, а не в в виде химических соединений. Я не стал приводить все металлы, так как их достаточно много. Но хочу отметить, что если вы посмотрите таблицу Менделеева, то там перечислены эти металлы, прежде всего это инертные металлы, например редкоземельные металлы - неодим и его аналоги находящиеся рядом с ним , например празеодим, металлы платиновой подгруппы. А из тех которые многим известны это палладий и никель.

Самородные элементы - это элементы, которые встречаются в природе в виде простого вещества, молекулы которого построены только из одного элемента. Самородные элементы образовались в природе в результате геологических или космических процессов. Всего насчитывается около 45 самородных элементов, в том числе газы и металлы.

Самородные металлы - это металлы, которые встречаются в природе в виде простого вещества (в виде песка или в виде мелких и крупных самородков), а не только в виде соединений с другими элементами.

К самородным металлам относятся благородные металлы: золото Au, платина Pt, осмий Os, иридий Ir. К самородным элементам или самородным металлам относится медь Cu, она часто встречается в природе в самородках. Свинец Pb, олово Sn, ртуть Hg, алюминий Al, встречаются в самородках гораздо реже. Встречается и железо Fe в метеоритах.

1. Общая характеристика элементов металлов

Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .

Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.

Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).

Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.

В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.

Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.

Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.


Рис. \(7\). Самородное золото Au	Рис. \(8\). Самородное серебро Ag	Рис. \(9\). Самородная платина Pt

Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.

В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.

Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te

В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.

В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.

Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.

Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде

Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.

Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов

Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .

1. Щелочные металлы: общая характеристика, строение; свойства и получение простых веществ

Щелочными металлами называются химические элементы-металлы \(IA\) группы Периодической системы Д. И. Менделеева: литий \(Li\), натрий \(Na\), калий \(K\), рубидий \(Rb\), цезий \(Cs\) и франций \(Fr\).

Электронное строение атомов. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns 1 . Поэтому для всех металлов группы \(IA\) характерна степень окисления \(+1\).

увеличение радиуса атомов;
усиление восстановительных, металлических свойств.

Нахождение в природе. Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений.

каменная соль (хлорид натрия \(NaCl\)),
глауберова соль, или мирабилит — декагидрат сульфата натрия Na 2 SO 4 \(·\) 10 H 2 O ,
сильвин — хлорид калия \(KCl\),
сильвинит — двойной хлорид калия-натрия \(KCl\) \(·\)\(NaCl\) и др.

Соединения лития, рубидия и цезия в природе встречаются значительно реже, поэтому их относят к числу редких и рассеянных.

Физические свойства простых веществ. В твёрдом агрегатном состоянии атомы связаны металлической связью. Наличие металлической связи обусловливает общие физические свойства простых веществ-металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.

В свободном виде простые вещества, образованные элементами \(IA\) группы — это легкоплавкие металлы серебристо-белого (литий, натрий, калий, рубидий) или золотисто-жёлтого (цезий) цвета, обладающие высокой мягкостью и пластичностью.

Наиболее твёрдым является литий, остальные щелочные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.

Только у натрия плотность немного больше единицы ρ = 1,01 г / см 3 , у всех остальных металлов плотность меньше единицы.

Химические свойства. Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, реагируя с кислородом и другими неметаллами.

Поэтому хранят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных ампулах. Они являются сильными восстановителями.

Взаимодействие натрия с водой протекает с выделением большого количества теплоты (т. е. реакция является экзотермической). Кусочек натрия, попав в воду, начинает быстро двигаться по её поверхности. Под действием выделяющейся теплоты он расплавляется, превращаясь в каплю, которая, взаимодействуя с водой, быстро уменьшается в размерах. Если задержать её, прижав стеклянной палочкой к стенке сосуда, капля воспламенится и сгорит ярко-жёлтым пламенем.

Получение. Металлический натрий в промышленности получают главным образом электролизом расплава хлорида натрия с инертными (графитовыми) электродами.

Химические свойства металлов

Свойства металлов начинают изучать на уроках химии в 8–9 классе. В этом материале мы подробно разберем химические свойства этой группы элементов, а в конце статьи вы найдете удобную таблицу-шпаргалку для запоминания.

20 декабря 2021

· Обновлено 20 декабря 2021

Ждём вас 8 октября в 13:00. Вместе с педагогами, психологами и другими экспертами в образовании и воспитании ответим на главные вопросы мам и пап.

Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.

В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).

Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.

Ряд активности металлов

Металлы средней активности

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

оксид образует только литий

натрий образует пероксид

калий, рубидий и цезий — надпероксид

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

С галогенами металлы образуют галогениды:

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

Металлы IIА группы

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Вопросы для самоконтроля

С чем реагируют неактивные металлы?

С чем связаны восстановительные свойства металлов?

Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O

Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.

Читайте также: