Металлы главных подгрупп конспект

Обновлено: 07.07.2024

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён характеристике металлов А- и B-групп периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Учащиеся получат представление о химических свойствах металлов в связи со строением их атомов

d-элементы – элементы, в атомах которых заполняется d-подуровень.

p-элементы – элементы, в атомах которых заполняется p-подуровень.

s-элементы – элементы, в атомах которых заполняется s-подуровень.

Интерметаллид (интерметаллическое соединение) – химическое соединение двух или более металлов.

Полупроводники – материалы, по своей удельной проводимости занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Сверхпроводники – материалы, электрическое сопротивление которых при понижении температуры до некоторой величины становится равным нулю.

Щелочноземельные металлы – химические элементы 2А группы периодической таблицы элементов.

Щелочные металлы – элементы 1А группы периодической таблицы химических элементов.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Обзор металлических элементов А- и B-групп

  1. Химические свойства металлических элементов А-групп

Атомы металлических s- и p-элементов, обладая гораздо большим радиусом по сравнению с атомами неметаллов, способны только отдавать валентные электроны, проявляя восстановительные свойства.

Металлы вступают в реакции как с простыми, так и со сложными веществами.

Взаимодействие металлов с простыми веществами

Реакции металлов с галогенами и кислородом протекают очень энергично.

2 Na + Cl2 = 2NaCl

Не так энергично идет реакция с серой.

Гораздо труднее идет взаимодействие с азотом и фосфором.

При определенных условиях возможно также восстановление металлами водорода с образованием гидридов.

Металлы способны также взаимодействовать с другими металлами, образуя интерметаллические соединения. Многие интерметаллиды используются в технике как сильные магниты, полупроводники, сверхпроводники.

Взаимодействие металлов со сложными веществами

С водой при комнатной температуре взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы (от Cs до Ca), а при нагревании – менее активные (от Mg до Sn). В обоих случаях выделяется водород, но в первом образуются гидроксиды, а во втором оксиды металлов.

Металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода, восстанавливают ионы водорода из разбавленных кислот (кроме азотной).

Одни металлы восстанавливают другие из водных растворов солей, если первые расположены левее вторых в ряду стандартных электродных потенциалов.

Не нужно забывать, что такие сильные восстановители как Li, Na, K, Ca будут восстанавливать не металл из соли, а водород из воды.

  1. Химические свойства металлических элементов B-групп

В B-группах радиусы атомов в направлении сверху вниз изменяются неравномерно, и восстановительные свойства (за некоторыми исключениями) уменьшаются.

В то же время у металлических элементов B-групп прослеживаются и некоторые общие закономерности, такие как:

  1. совпадение максимальной положительной степени окисления у p-элементов 3-7 B-групп с номером группы;
  2. образование некоторыми d-элементами (Ru, Os) соединений, в которых их максимальная степень окисления +8 совпадает с номером группы;
  3. ослабление основных и усиление кислотных свойств с увеличением степени окисления атомов металлов B-групп.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на расчеты по уравнению реакции

Условие задачи: При взаимодействии 3,12 г одновалентного металла с водой выделилось 0,896 л водорода. Определите этот металл. Ответ дайте в виде химического символа.

Шаг первый: Запишем уравнение реакции металла с водой, зная, что металл одновалентен

Шаг второй: Найдем количество вещества металла.

По уравнению реакции

n(Me) = 2 х 0.04 = 0,08 моль

Шаг третий: Вычислим молярную массу металла

Шаг четвёртый: С помощью таблицы Менделеева найдем металл с соответствующей относительной атомной массой, численно совпадающей с молярной. Этот металл – калий.

2. Решение задачи на химические свойства металла.

Условие задачи: В лаборатории химика имеется порошок желто-коричневого цвета, который при попадании в воду издает сильный чесночный запах. Какое вещество представляет собой порошок, если он получен в результате реакции между алюминием и селеном, протекающей аналогично реакции алюминия с серой или кислородом? Укажите формулу данного вещества.

Шаг первый: Запишем уравнения реакций алюминия с серой и кислородом

Шаг второй: аналогичным образом запишем уравнение реакции алюминия с селеном.

  • Для учеников 1-11 классов и дошкольников
  • Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Металлы главных подгрупп периодической системы химических элементов

Цель: познакомиться со свойствами металлов главных подгрупп периодической системы химических элементов; рассмотреть общие свойства и закономерности щелочных и щелочноземельных элементов, изучить по отдельности химические свойства щелочных и щелочноземельных металлов и их соединения. С помощью химических уравнений рассмотреть такое понятие, как жесткость воды. Познакомиться с алюминием, его свойствами и сплавами.

Актуализация опорных знаний:

Расскажите, каким образом располагаются металлы в ПСХЭ.

Каких элементов больше: металлических или неметаллических?

Какими общими свойствами обладают металлы?

Изучение нового материала:

Главную подгруппу I группы Периодической системы Д.И. Менделеева составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Элементы этой подгруппы относят к металлам . Их общее название – щелочные металлы.

Щелочноземельные металлы находятся в главной подгруппе II группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Это магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Щелочные и щелочноземельные металлы как типичные металлы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. У элементов главных подгрупп металлические свойства с увеличением радиуса возрастают. Особенно сильно восстановительные свойства проявляются у щелочных металлов. Настолько сильно, что практически невозможно проводить их реакции с разбавленными водными растворами, так как в первую очередь будет идти реакция взаимодействия их с водой. У щелочноземельных металлов ситуация аналогичная. Они тоже взаимодействуют с водой, но гораздо менее интенсивно, чем щелочные металлы.

Электронные конфигурации валентного слоя щелочных металлов – ns 1 , где n – номер электронного слоя. Их относят к s-элементам. У щелочноземельных металлов – ns 2 (s-элементы). У алюминия валентные электроны …3s 2 3р 1 (p-элемент). Эти элементы образуют соединения с ионным типом связи. При образовании соединений для них степень окисления соответствует номеру группы.

Обнаружение ионов металла в солях

Ионы металлов легко определить по изменению окраски пламени. Рис. 1.

Соли лития – карминово-красная окраска пламени. Соли натрия – желтый. Соли калия – фиолетовый через кобальтовое стекло. Рубидия – красный, цезия – фиолетово-синий.

Соли щелочноземельных металлов: кальция – кирпично-красный, стронция – карминово-красный и бария – желтовато-зеленый. Соли алюминия окраску пламени не меняют. Соли щелочных и щелочноземельных металлов используются для создания фейерверков. И можно легко определить по окраске, соли какого металла применялись.

2. Щелочные металлы

Щелочные металлы – это серебристо-белые вещества с характерным металлическим блеском. Они быстро тускнеют на воздухе из-за окисления. Это мягкие металлы, по мягкости Na, K, Rb, Cs подобны воску. Они легко режутся ножом. Они легкие. Литий – самый легкий металл с пл. 0,5 г/см 3 .

Химические свойства щелочных металлов

1. Взаимодействие с неметаллами

Из-за высоких восстановительных свойств щелочные металлы бурно реагируют с галогенами с образованием соответствующего галогенида. При нагревании реагируют с серой, фосфором и водородом с образованием сульфидов, гидридов, фосфидов.

2Na + Cl 2 → 2NaCl

Литий – это единственный металл, который реагирует с азотом уже при комнатной температуре.

6Li + N 2 = 2Li 3 N, образующийся нитрид лития подвергается необратимому гидролизу.

2. Взаимодействие с кислородом

Только с литием сразу образуется оксид лития.

4Li + О 2 = 2Li 2 О, а при взаимодействии кислорода с натрием образуется пероксид натрия.

2Na + О 2 = Na 2 О 2 . При горении всех остальных металлов образуются надпероксиды.

3. Взаимодействие с водой

По реакции с водой можно наглядно увидеть, как изменяется активность этих металлов в группе сверху вниз. Литий и натрий спокойно взаимодействуют с водой, калий – со вспышкой, а цезий – уже с взрывом.

4. Взаимодействие с кислотами – сильными окислителями

Получение щелочных металлов

Из-за высокой активности металлов, получать их можно при помощи электролиза солей, чаще всего хлоридов.

Соединения щелочных металлов находят большое применение в разных отраслях промышленности. См. Табл. 1.

Эпиграфом к сегодняшнему уроку я взяла четверостишье Романа Шмакова:

Я знаю – где-то есть заветная гора.

Я верю, что придет прекрасная пора.

И, может быть, не раз придется отступать –

Я должен там когда-то побывать.

1. Мозговой штурм.

За 3 мин сочинить четверостишие из предложенных (запись на доске) слов, используя как можно больше из них. Слова: железо, дом, марганец, хром, элемент, двойка.

2. Дайте общие названия приведенным ниже группам веществ.
а) Известняк, гипс, фосфорит, мрамор.

б) Литий, натрий, калий, рубидий, цезий.

3. Исключите лишнее слово (оно подчеркнуто); напишите, что объединяет оставшиеся вещества.

а) Железо, марганец, хром, алюминий.

б) Магнетит, пирит, боксит, гематит.

г) Хлорная известь, гашеная известь, известковое молоко, известковая вода.

4. С какими понятиями или явлениями по теме у вас ассоциируются следующие слова и словосочетания?

а) Кипячение воды в чайнике.

б) Перелом конечности.

в) Покрытие ногтей лаком.

г) Человек с частой сменой настроения.

Вопрос. Какое вещество оранжево-красного цвета получил Беттгер и что стало с этим веществом после реакции?

Переходим к третьему этапу урока. Каждый из вас получил задания маршрута вашей команды и маршрутов других команд. У 1-й команды – маршрут А, у 2-й команды – маршрут К, у 3-й команды – маршрут Х. Выполняя задания одно за другим, вы переходите от одной буквы к другой. Из букв составляется слово. Капитаны отмечают путь своего отряда на маршрутной карте.

МАРШРУТ А

Задание 1. О физических свойствах какого металла идет речь: серебристо-белого цвета, режется ножом, легкоплавкий?
1) Кальций;
2) натрий.

Задание 2. Выберите уравнения, отражающие способы устранения постоянной жесткости воды:

Задание 3. Какую степень окисления проявляет алюминий в соединениях?

Ключевое слово – АТОМ.

МАРШРУТ К

Задание 1. Какие свойства проявляют щелочные металлы в химических реакциях?

1) Восстановительные
2) окислительные и восстановительные.

Задание 2. Какие из уравнений химических реакций доказывают свойства алюминия как промежуточного элемента между металлами и неметаллами:

Задание 3. К какому типу элементов относится кальций?

МАРШРУТ Х

Задание 1. Какую степень окисления проявляет в соединениях натрий?

1) Постоянную;
2) переменную.

Задание 2. Какие из указанных реакций характеризуют восстановительные свойства кальция:

1) а, б, в, г;
2) только а и г.

Задание 3. Какая схема строения последнего энергетического уровня соответствует атому алюминия?

А сейчас охарактеризуем элементов-металлов I–III
групп главных подгрупп.

Характеристика элементов-металлов I–III
групп главных подгрупп

Семейство (тип элемента) – s или р.

Число электронов на последнем энергетическом уровне (валентные электроны) – соответствует номеру группы.

Степени окисления в соединениях – постоянные.

Свойства простого вещества – металлические.

Свойства соединений элементов с позиций теории окислительно-восстановительных реакций – восстановительные.

Характер оксидов и гидроксидов – основный, у Аl – амфотерный.

Повторение проводится в форме групповой работы. Капитаны становятся координаторами, организующими работу своей группы, а также отвечающими за заполнение таблицы по итогам работы. Таблицы для характеристики конкретных элементов раздаются трем капитанам. Эти таблицы аналогичны той схеме, которую заполнял учитель на доске. Капитаны также принимают участие в оценке деятельности членов своей команды и всей группы в целом.

Задания 1-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме железа. Определите количество валентных электронов.

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества железа (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

Задание 3. Какая степень окисления железа в следующих соединениях:

Задание 4. Проделайте качественные реакции на ионы Fе 2+ и Fe 3+ . К раствору Fе(ОН)2 добавьте пероксид водорода. Объясните наблюдаемые явления. Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа(II и III)?

Задание 5. Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа на основании следующих химических уравнений:

Задания 2-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме марганца. Определите количество валентных электронов.

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества марганца (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

Задание 3. Каким степеням окисления марганца соответствуют следующие соединения: Mn2О7, Mn(ОH)2, Мn(ОH)3, HМnО4, МnO2, H2MnO4, Mn2О3? Какие химические свойства проявляют данные соединения?

Задание 4. Осуществите практически окислительно-восстановительные реакции между КМnО4 и Na2SО3 в различных средах (кислой, нейтральной, щелочной). Объясните свои наблюдения. Чем определяется состав продуктов восстановления?

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Укажите, какие свойства (окислительные или восстановительные) проявляет марганец в данных реакциях:

Задания 3-й команде

Задание 1. Составьте схему распределения электронов по орбиталям в атоме хрома. Определите количество валентных электронов.

Задание 2. Охарактеризуйте свойства простого вещества хрома (тип кристаллической решетки, характер связи, физические свойства).

Задание 3. Каким степеням окисления хрома соответствуют следующие соединения: Сr(ОН)3, CrО3, H2Cr2O7, Cr(OH)2, H2CrO4, CrO, Cr2О3. Какие химические свойства проявляют данные соединения?

Задание 4. Практически докажите амфотерный характер Сr(ОН)3. Осуществите взаимопревращения хромата K2CrO4 в дихромат K2Cr2O7. Дайте соответствующие объяснения.

Задание 5. Расставьте коэффициенты в следующих ниже уравнениях реакций методом электронного баланса. Охарактеризуйте свойства соединений хрома в данных реакциях:

Учитель составляет на доске схему, ключевые слова в которой называют ученики

1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями.
2. Действием соды можно устранить временную и постоянную жесткости воды.
3. Соли алюминия гидролизу не подвергаются.
4. Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами.
5. Железу в степени окисления +3 соответствует железная кислота.
6. Соли железа(III) получают при сжигании железа в хлоре и при взаимодействии железа с разбавленными соляной и серной кислотами.
7. Соединения хрома с промежуточной степенью окисления проявляют и окислительные, и восстановительные свойства.
8. В кислой среде дихроматы переходят в хроматы.
9. Валентные электроны марганца – это 2 электрона внешнего и 5 электронов предвнешнего энергетического уровня.
10. Перманганат калия является сильным окислителем.

Вариант 2.

1 вариант – 1, 2, 4, 7, 9, 10;
2 вариант – 3, 4, 5, 7, 9, 10.

По результатам тестирования рассчитайте коэффициент усвоения темы:

Подсчитайте количество баллов, занесите их в сводную таблицу и оцените себя. Сравните вашу оценку с коэффициентом усвоения темы.

В периодической системе элементов металлы в основном располагаются в главных подгруппах I—Ill групп, а также в побочных подгруппах.


В IA группе у атомов элементов на внешнем энергетическом уровне находится 1 электрон в состоянии s 1 , во IIA группе у атомов на внешнем ЭУ 2 электрона в состоянии s 2 . Эти элементы относятся к s-элементам. В IIIA группе у всех элементов на внешнем ЭУ 3 электрона в состоянии s 2 p 1 . Они относятся к p-элементам.

В IA группу входят щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, активность которых при движении сверху вниз увеличивается вследствие увеличения радиуса атомов, металлические свойства возрастают также, как и у щелочеземельных металлов IIA группы Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra и металлов IIIA группы Al, Ga, In, Tl.

Оксиды типа R2O характерны только для Li, для всех остальных щелочных металлов характерны пероксиды R2O2, которые являются сильными окислителями.

Все металлы этих групп образуют основные оксиды и гидроксиды, кроме Be и Al, которые проявляют амфотерные свойства.


В свободном состоянии все металлы – серебристо-белые вещества. Магний и щелочноземельные металлы – ковкие и пластичные, довольно мягкие, хотя тверже щелочных. Бериллий отличается значительной твердостью и хрупкостью, барий при резком ударе раскалывается.

В кристаллическом состоянии при обычных условиях бериллий и магний имеют гексагональную кристаллическую решетку, кальций, стронций – кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку, барий – кубическую объемоцентрированную кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность.

Металлы имеют температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных металлов, причем с увеличением порядкового номера элемента температура плавления металла изменяется немонотонно, что связано с изменением типа кристаллической решетки.

Бериллий и магний покрыты прочной оксидной пленкой и не изменяются на воздухе. Щелочноземельные металлы очень активны, их хранят в запаянных ампулах, под слоем вазелинового масла или керосина.

Читайте также: