Пример 4. Чем обусловлена высокая химическая активность щелочных металлов?

Пример 3.

Пример 2.

Чем обусловлена высокая химическая активность щелочных металлов? Составьте электронные схемы строения атомов натрия и цезия. У какого из этих элементов ярче выражены металлические свойства и почему?

Решение.

Имея во внешнем энергетическом слое только по одному электрону, находящемуся на сравнительно большом удалении от ядра (за исключением лития), атомы щелочных металлов довольно легко отдают этот электрон, т. е. характеризуются низкой энергией ионизации, что и является причиной их высокой активности. Энергия ионизации уменьшается при переходе от лития к цезию за счет увеличения числа электронных слоев в структуре атома и уменьшения притяжения внешнего валентного электрона к ядру. Химическая активность при этом возрастает.

Составим электронные формулы атомов натрия и цезия:

Na (Z = 11) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹,

Cs (Z = 55) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰5p⁶ 6s¹.

Способность атома элемента отдавать электроны характеризует его металлические свойства, восстановительную активность, и чем легче атомы теряют электроны, тем ярче выражены эти свойства. Следовательно, цезий – элемент с самыми сильными металлическими свойствами не только среди щелочных металлов, но и среди элементов периодической системы.

Рассмотрите восстановительную способность щелочных металлов на примере взаимодействия лития с кислородом, водородом, хлором, серой, азотом, углеродом и водой.

Решение.

Литий и его аналоги являются сильными восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях и проявляют постоянную степень окисления, равную (+ 1).

При сгорании лития в избытке кислорода образуется оксид лития, остальные щелочные металлы образуют пероксиды Me₂O₂:

4Li + O₂ = 2Li₂O.

При нагревании в атмосфере водорода литий и его аналоги образуют гидриды, имеющие характер типичных солей, в которых отрицательным ионом является ион водорода:

2Li + H₂ = 2LiH.

При взаимодействии с хлором образуются хлориды металлов:

2Li + Cl₂ = 2LiCl.

Щелочные металлы при повышенной температуре энергично реагируют с серой, образуя сульфид и дисульфид (Li₂S₂):

2Li + S = Li₂S.

С азотом непосредственно взаимодействует только литий, образуя нитрид Li₃N, реакция идет при повышенной температуре:

6Li + N₂ = 2Li₃N.

Литий также единственный щелочной металл, который непосредственно взаимодействует с углеродом, образуя карбид лития. Эта реакция идет при нагревании:

2Li + 2C = Li₂C₂.

Литий разлагает воду без плавления по реакции

2Li + 2H₂O = LiOH + H₂.

Почему пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений напишите реакции взаимодействия пероксида водорода с диоксидом свинца в азотнокислой среде, с сульфидом свинца в нейтральной среде.

Решение.

Окислительно-восстановительная двойственность характерна для веществ, содержащих атомы элементов в промежуточной степени окисления. Так, степень окисления кислорода в пероксиде водорода равна (– 1), т. е. имеет промежуточное значение между (– 2) в молекуле воды и (0) в молекулярном кислороде. Поэтому пероксид водорода обладает окислительно-восстановительной двойственностью. Более характерными для него являются окислительные свойства, так как стандартный потенциал электрохимической системы

H₂O₂ + 2H⁺ + 2= 2H₂O,

в которой H₂O₂ выступает как окислитель, равный 1,776 В, больше, чем стандартный потенциал (0,682 В) электрохимической системы

O₂ + 2H⁺ + 2= H₂O₂,

где пероксид водорода является восстановителем.

Учитывая окислительно-восстановительную двойственность пероксида водорода составим уравнения реакции, необходимые по условию задачи:

H₂O₂^–1 + Pb⁺⁴O₂ + 2HNO₃ = Pb⁺²(NO₃)₂ + O₂⁰ + 2H₂O,

O₂^2– - 2= O₂⁰ – окисление,

Pb⁺⁴ + 2= Pb⁺² – восстановление,

PbS^–2 + 4H₂O₂^–1 = PbS⁺⁶O₄ + 4H₂O^–2,

S^–2 - 8= S⁺⁶ – окисление,

O₂^2– + 2= 2O^–2 – восстановление.

Дата добавления: 2014-10-31