Медь (Cu) и её свойства

Медь — элемент побочной подгруппы первой группы (IB) четвёртого периода. Порядковый номер 29. В её электронном строении наблюдается «провал электрона»: $3d^{10}4s^1$ . В соединениях проявляет степень окисления +2, реже +1. В природе встречается как в свободном виде, так и в виде соединений (например, медный колчедан $\mathrm{CuFeS_2}$ , малахит $\mathrm{(CuOH)_2CO_3}$ ). Медь — металл красноватого цвета с высокой электро- и теплопроводностью.

Медь является малоактивным металлом (находится правее водорода в ряду напряжений), поэтому не реагирует с водой и обычными кислотами (например, с соляной или разбавленной серной). Она взаимодействует с концентрированной серной и с азотной (как разбавленной, так и концентрированной) кислотами: $\mathrm{Cu+2H_2SO_4(конц.)\xrightarrow{t^\circ}CuSO_4+SO_2\uparrow+2H_2O}$ $\mathrm{3Cu+8HNO_3(разб.)\to 3Cu(NO_3)_2+2NO\uparrow+4H_2O}$ $\mathrm{Cu+4HNO_3(конц.)\to Cu(NO_3)_2+2NO_2\uparrow+2H_2O}$ Во влажном воздухе медь покрывается зелёным налетом основного карбоната меди(II) (малахита). При нагревании реагирует с кислородом, образуя чёрный $\mathrm{CuO}$ .

Цинк (Zn) и его амфотерные свойства

Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы (IIB) четвёртого периода. Порядковый номер 30, электронная формула $3d^{10}4s^2$ . В соединениях проявляет постоянную степень окисления +2. Главный природный минерал — цинковая обманка (сфалерит, $\mathrm{ZnS}$ ).

Цинк — металл средней активности, обладающий амфотерными свойствами. Он реагирует как с кислотами, так и со щелочами с выделением водорода: $\mathrm{Zn+2HCl\to ZnCl_2+H_2\uparrow}$ $\mathrm{Zn+2NaOH(расплав)\xrightarrow{t^\circ}Na_2ZnO_2(цинкат\ натрия)+H_2\uparrow}$ $\mathrm{Zn+2NaOH+2H_2O\to Na_2[Zn(OH)_4]+H_2\uparrow}$ (в растворе) Его оксид ( $\mathrm{ZnO}$ ) и гидроксид ( $\mathrm{Zn(OH)_2}$ ) также амфотерны, то есть взаимодействуют и с кислотами, и со щелочами.

Хром (Cr) и его соединения

Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы (VIB) четвёртого периода. Порядковый номер 24, в его атоме также происходит «провал электрона»: $3d^54s^1$ . Проявляет степени окисления +2, +3 и +6. Важнейший минерал — хромистый железняк ( $\mathrm{FeO\cdot Cr_2O_3}$ ).

Хром — очень твёрдый металл. При обычных условиях он пассивен из-за защитной оксидной плёнки на поверхности. Концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют хром на холоду. С разбавленными соляной и серной кислотами он реагирует с выделением водорода (без доступа воздуха образуются соли $\mathrm{Cr^{2+}}$ , на воздухе — $\mathrm{Cr^{3+}}$ ).

Свойства соединений хрома изменяются в зависимости от степени окисления:

В степени окисления +2 $\mathrm{CrO}$ и $\mathrm{Cr(OH)_2}$ проявляют основные свойства.
В степени окисления +3 $\mathrm{Cr_2O_3}$ и $\mathrm{Cr(OH)_3}$ амфотерны.
В степени окисления +6 $\mathrm{CrO_3}$ и хромовые кислоты ( $\mathrm{H_2CrO_4}$ , $\mathrm{H_2Cr_2O_7}$ ) проявляют кислотные свойства. В кислой среде жёлтый хромат-ион ( $\mathrm{CrO_4^{2-}}$ ) переходит в оранжевый дихромат-ион ( $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$ ). Дихроматы являются сильными окислителями.

Запомните

У меди ( $3d^{10}4s^1$ ) и хрома ( $3d^54s^1$ ) наблюдается провал (перескок) электрона.
Медь стоит после водорода, реагирует только с кислотами-окислителями (конц. $\mathrm{H_2SO_4}$ , разб. и конц. $\mathrm{HNO_3}$ ).
Цинк — амфотерный металл, реагирует и с кислотами, и со щелочами, выделяя водород. Всегда проявляет степень окисления +2.
Свойства хрома зависят от степени окисления: +2 (основные), +3 (амфотерные), +6 (кислотные).
Концентрированные $\mathrm{HNO_3}$ и $\mathrm{H_2SO_4}$ пассивируют хром на холоду.

Разобранные примеры

Пример 1
Какой объём газа (н. у.) выделится при полном взаимодействии 13 граммов порошка цинка с избытком раствора гидроксида натрия? ( $A_r(\mathrm{Zn})=65$ )
Решение
1. Запишем уравнение реакции: $\mathrm{Zn+2NaOH+2H_2O\to Na_2[Zn(OH)_4]+H_2\uparrow}$
2. Найдём количество вещества цинка: $\nu(\mathrm{Zn}) = \dfrac{13}{65} = 0{,}2$ моль.
3. По уравнению, из 1 моль цинка выделяется 1 моль водорода. Значит, из 0,2 моль цинка выделится 0,2 моль $\mathrm{H_2}$ .
4. Вычислим объём: $V(\mathrm{H_2}) = 0{,}2 \cdot 22{,}4 = 4{,}48$ л.
Ответ: 4,48 л.
Пример 2
Определите относительные молекулярные массы азотсодержащих газов, образующихся при взаимодействии меди с концентрированной и разбавленной азотной кислотами.
Решение
1. При взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой выделяется оксид азота(IV) ( $\mathrm{NO_2}$ ): $\mathrm{Cu+4HNO_3(конц.)\to Cu(NO_3)_2+2NO_2\uparrow+2H_2O}$
2. Относительная молекулярная масса $\mathrm{NO_2}$ : $M_r(\mathrm{NO_2}) = 14 + 16 \cdot 2 = 46$ .
3. При взаимодействии меди с разбавленной азотной кислотой выделяется оксид азота(II) ( $\mathrm{NO}$ ): $\mathrm{3Cu+8HNO_3(разб.)\to 3Cu(NO_3)_2+2NO\uparrow+4H_2O}$
4. Относительная молекулярная масса $\mathrm{NO}$ : $M_r(\mathrm{NO}) = 14 + 16 = 30$ .
Ответ: Газ от конц. кислоты ( $\mathrm{NO_2}$ ) имеет $M_r=46$ , газ от разб. кислоты ( $\mathrm{NO}$ ) имеет $M_r=30$ .

Проверьте себя

Сначала решите сами, потом откройте ответ.

Какое уравнение реакции написано неверно?
1. $\mathrm{Cu+2HCl\to CuCl_2+H_2\uparrow}$
2. $\mathrm{Zn+2HCl\to ZnCl_2+H_2\uparrow}$
3. $\mathrm{Cr+2HCl\to CrCl_2+H_2\uparrow}$
4. $\mathrm{Cu+4HNO_3(конц.)\to Cu(NO_3)_2+2NO_2\uparrow+2H_2O}$
5. $\mathrm{Zn+2NaOH+2H_2O\to Na_2[Zn(OH)_4]+H_2\uparrow}$
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: A $\mathrm{Cu+2HCl\to CuCl_2+H_2\uparrow}$
Медь — малоактивный металл, стоящий в ряду напряжений правее водорода. Поэтому она не может вытеснить водород из неокисляющих кислот, таких как соляная или разбавленная серная.
Определите последовательность изменения свойств оксидов хрома: $\mathrm{CrO \to Cr_2O_3 \to CrO_3}$ .
1. основные $\to$ кислотные $\to$ амфотерные
2. амфотерные $\to$ основные $\to$ кислотные
3. основные $\to$ амфотерные $\to$ кислотные
4. кислотные $\to$ амфотерные $\to$ основные
5. кислотные $\to$ основные $\to$ амфотерные
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C основные $\to$ амфотерные $\to$ кислотные
С повышением степени окисления металла кислотные свойства его оксида и гидроксида усиливаются. $\mathrm{CrO}$ (+2) — основный, $\mathrm{Cr_2O_3}$ (+3) — амфотерный, $\mathrm{CrO_3}$ (+6) — кислотный оксид.
Какой металл взаимодействует как с соляной кислотой, так и с раствором гидроксида натрия, выделяя один и тот же газ?
1. $\mathrm{Cu}$
2. $\mathrm{Fe}$
3. $\mathrm{Zn}$
4. $\mathrm{Mg}$
5. $\mathrm{Ag}$
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C $\mathrm{Zn}$
Цинк является амфотерным металлом, поэтому он реагирует и с кислотами ( $\mathrm{HCl}$ ), и со щелочами ( $\mathrm{NaOH}$ ). Продуктом обеих реакций является газообразный водород ( $\mathrm{H_2}$ ). Медь, магний, железо и серебро со щелочами не реагируют.

Типичные ошибки

Полагать, что медь реагирует с любой кислотой и выделяет водород. Медь стоит правее водорода и не вытесняет его из кислот; она реагирует лишь с кислотами-окислителями.
Считать соединения хрома в степени окисления +6 (например, $\mathrm{CrO_3}$ ) основными из-за того, что хром — металл. На самом деле в высшей степени окисления они проявляют сильные кислотные свойства.
Думать, что цинк реагирует только с кислотами. Цинк и его оксид амфотерны, они легко взаимодействуют со щелочами.

Всё ещё не до конца понятно?

Объяснит тему голосом, как на уроке, запишет всё на доске и проверит вопросами.

Изучить с Живым репетитором Решить задачу по фото