Химия металлов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Общая и неорганическая химия
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 208
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-1064-9
Артикул: 792079.01.99
Содержатся сведения о химических свойствах металлов и их соединений, примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения, необходимые справочные данные. Приведены фотографии, иллюстрирующие физические и химические свойства соединений металлов. Рассмотрены промышленные способы получения металлов и их применение, химическая и техническая классификации металлов. Описываются химические свойства простых веществ и соединений металлов.
Для студентов технических университетов, изучающих химию. Учебник может быть полезен преподавателям химии и научным работникам.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 04.03.02: Химия, физика и механика материалов
- 13.03.01: Теплоэнергетика и теплотехника
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
М. Н. Тер-Акопян, Ю. В. Соколова ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ Учебник Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022 1
УДК 546 ББК 24.12 Т35 Р е ц е н з е н т : доктор химических наук, профессор кафедры неорганической химии РТУ МИРЭА Е. В. Савинкина Тер-Акопян, М. Н. Т35 Химия металлов : учебник / М. Н. Тер-Акопян, Ю. В. Соколова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 208 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1064-9 Содержатся сведения о химических свойствах металлов и их соединений, примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения, необходимые справочные данные. Приведены фотографии, иллюстрирующие физические и химические свойства соединений металлов. Рассмотрены промышленные способы получения металлов и их применение, химическая и техническая классификации металлов. Описываются химические свойства простых веществ и соединений металлов. Для студентов технических университетов, изучающих химию. Учебник может быть полезен преподавателям химии и научным работникам. УДК 546 ББК 24.12 ISBN 978-5-9729-1064-9 Тер-Акопян М. Н., Соколова Ю. В., 2022 Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 2
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ .......................................................................................................... 7 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ......... 9 ГЛАВА 1. ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ СВОЙСТВ ......................... 11 1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ ........ 11 1.1.1. Физические свойства металлов .............................................................. 11 1.1.2. Классификация металлов по положению в Периодической системе ....................................................................... 11 1.1.3. Техническая классификация металлов ................................................. 15 1.1.4. Классификация металлов по значению стандартного электродного потенциала ...................................................................... 16 1.1.5. Биологическая роль металлов ................................................................ 17 1.2. ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ ............................ 19 1.2.1. Взаимодействие с неметаллами и с водой. ........................................... 20 1.2.2. Взаимодействие с кислотами, растворами щелочей и солей ............. 20 ГЛАВА 2. s-МЕТАЛЛЫ. ПЕРВАЯ И ВТОРАЯ ГРУППЫ ДЛИННОПЕРИОДНОГО ВАРИАНТА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ...................................................... 23 2.1. МЕТАЛЛЫ 1 ГРУППЫ .................................................................................... 23 2.1.1. Общая характеристика щелочных металлов. Получение и применение ЩМ ............................................................... 23 2.1.2. Свойства простых веществ и соединений ЩМ .................................... 27 2.2. МЕТАЛЛЫ 2 ГРУППЫ ..................................................................................... 31 2.2.1. Общая характеристика металлов 2 группы. Получение и применение щелочноземельных металлов .................... 31 2.2.2. Химические свойства бериллия, магния и их соединений ................ 36 2.2.3. Химические свойства кальция, стронция, бария и их соединений .... 39 2.3. ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «s-МЕТАЛЛЫ» ............................................................... 41 2.3.1. Примеры решения задач ......................................................................... 41 2.3.2. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 44 ГЛАВА 3. d- и f-МЕТАЛЛЫ. ТРЕТЬЯ - ДВЕНАДЦАТАЯ ГРУППЫ ДЛИННОПЕРИОДНОГО ВАРИАНТА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ...................................................... 46 3
3.1. МЕТАЛЛЫ 3 ГРУППЫ. РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ; АКТИНОИДЫ ..................................................................................................... 46 3.1.1. Общая характеристика РЗМ. Получение и применение РЗМ .............. 46 3.1.2. Свойства простых веществ и соединений РЗМ ..................................... 50 3.1.3. Общая характеристика актиния и актиноидов. Получение и применение актиноидов .................................................... 54 3.1.4. Свойства простых веществ и соединений актиния и актиноидов ....... 58 3.1.5. Примеры решения задач ........................................................................... 60 3.1.6. Задачи для самостоятельного решения ................................................... 62 3.2. МЕТАЛЛЫ 4 ГРУППЫ. ТИТАН, ЦИРКОНИЙ, ГАФНИЙ .......................... 63 3.2.1. Общая характеристика элементов 4 группы. Получение и применение титана, циркония и гафния .......................... 63 3.2.2. Свойства простых веществ и соединений титана, циркония и гафния .................................................................................... 66 3.2.3. Примеры решения задач ........................................................................... 70 3.2.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................... 71 3.3. МЕТАЛЛЫ 5 ГРУППЫ. ВАНАДИЙ, НИОБИЙ, ТАНТАЛ .......................... 72 3.3.1. Общая характеристика элементов 5 группы. Получение и применение ванадия, ниобия и тантала ........................... 72 3.3.2. Свойства простых веществ и соединений ванадия, ниобия и тантала ....................................................................................... 74 3.3.3. Примеры решения задач ........................................................................... 80 3.3.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................... 82 3.4. МЕТАЛЛЫ 6 ГРУППЫ. ХРОМ, МОЛИБДЕН, ВОЛЬФРАМ ...................... 83 3.4.1. Общая характеристика элементов 6 группы. Получение и применение хрома, молибдена и вольфрама ................... 83 3.4.2. Свойства простых веществ и соединений хрома, молибдена и вольфрама ............................................................................ 85 3.4.3. Примеры решения задач ........................................................................... 96 3.4.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................... 98 3.5. МЕТАЛЛЫ 7 ГРУППЫ. МАРГАНЕЦ, ТЕХНЕЦИЙ, РЕНИЙ...................... 98 3.5.1. Общая характеристика элементов 7 группы. Получение и применение марганца, технеция и рения ......................... 98 3.5.2. Свойства простых веществ и соединений марганца, технеция и рения ..................................................................................... 100 3.5.3. Примеры решения задач ......................................................................... 108 3.5.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 110 3.6. МЕТАЛЛЫ 8 - 10 ГРУПП. ЖЕЛЕЗО, КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ ...................... 110 4
3.6.1. Общая характеристика элементов 8 - 10 групп. Триада железа и платиноиды. Получение и применение железа, кобальта и никеля .................................................................................... 110 3.6.2. Свойства простых веществ и соединений железа, кобальта и никеля .................................................................................... 116 3.6.3. Примеры решения задач ......................................................................... 127 3.6.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 129 3.7. МЕТАЛЛЫ 11 ГРУППЫ. МЕДЬ, СЕРЕБРО, ЗОЛОТО ............................... 130 3.7.1. Общая характеристика элементов 11 группы. Получение и применение меди, серебра и золота ............................... 130 3.7.2. Свойства простых веществ и соединений меди, серебра и золота .... 135 3.7.3. Примеры решения задач ......................................................................... 142 3.7.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 145 3.8. МЕТАЛЛЫ 12 ГРУППЫ. ЦИНК, КАДМИЙ, РТУТЬ .................................. 146 3.8.1. Общая характеристика элементов 12 группы. Получение и применение цинка, кадмия и ртути ................................ 146 3.8.2. Свойства простых веществ и соединений цинка, кадмия и ртути ..... 148 3.8.3. Примеры решения задач ......................................................................... 154 3.8.4. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 156 ГЛАВА 4. p-МЕТАЛЛЫ. МЕТАЛЛЫ ТРИНАДЦАТОЙ - ШЕСТНАДЦАТОЙ ГРУПП ДЛИННОПЕРИОДНОГО ВАРИАНТА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ....................................................... 158 4.1. МЕТАЛЛЫ 13 ГРУППЫ ................................................................................. 158 4.1.1. Общая характеристика металлов 13 группы. Получение и применение алюминия, галлия, индия и таллия ........... 158 4.1.2. Свойства алюминия и его соединений .................................................. 163 4.1.3. Свойства металлов подгруппы галлия и их соединений .................... 167 4.2. МЕТАЛЛЫ 14 ГРУППЫ ................................................................................. 169 4.2.1. Общая характеристика металлов 14 группы. Получение и применение германия, олова и свинца .......................... 169 4.2.2. Свойства простых веществ и соединений металлов 14 группы ......... 172 4.3. МЕТАЛЛЫ 15 и 16 ГРУПП ............................................................................ 178 4.3.1. Общая характеристика металлов 15 и 16 групп. Получение и применение сурьмы, висмута и полония ....................... 178 4.3.2. Свойства простых веществ и соединений сурьмы, висмута и полония .................................................................................. 181 5
4.4. ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «p-МЕТАЛЛЫ» ............................................................ 184 4.4.1. Примеры решения задач ......................................................................... 184 4.4.2. Задачи для самостоятельного решения ................................................. 187 ОТВЕТЫ И ПОЯСНЕНИЯ К ВОПРОСАМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ............................................................... 189 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................................... 193 ПРИЛОЖЕНИЯ ....................................................................................................... 195 Приложение 1. Названия (латинское и английское) и физические свойства металлов: плотность, удельное сопротивление, температуры плавления и кипения Приложение 2. Константы диссоциации гидроксидов металлов в водных растворах Приложение 3. Константы нестойкости некоторых комплексных ионов в водных растворах Приложение 4. Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем Приложение 5. Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде 6
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий учебник написан в соответствии с действующими программами дисциплины «Химия» для технических университетов и содержит систематическое изложение химических свойств металлов и их соединений. В учебнике рассмотрены промышленные способы получения металлов и их применение. При написании учебника авторы опирались на многолетний опыт чтения лекций и проведения практических занятий в Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС». Материал изложен на основании рекомендованного Международным союзом теоретической и прикладной химии длиннопериодного варианта Периодической системы Д. И. Менделеева, содержащего 18 групп. Учебник содержит четыре главы. В первой главе рассмотрены химическая и техническая классификации металлов, описаны общие свойства металлов. Вторая глава посвящена рассмотрению свойств s-металлов, расположенных в 1 и 2 группах Периодической системы. В третьей главе изложены свойства d- и f-металлов, расположенных в 3 - 12 группах Периодической системы. В четвертой главе описаны свойства р-металлов, находящихся в 13 - 16 группах Периодической системы. Описание свойств металлов каждой группы ПС начинается с рассмотрения электронного строения их атомов, характерных степеней окисления элементов, краткой истории открытия и происхождения названий, нахождения в природе и методов промышленного получения, применения металлов и их соединений. Приводятся данные о масштабах производства металлов в 2020 г. Далее описываются химические свойства простых веществ и соединений металлов. Изложение химических свойств соединений металлов сопровождается иллюстративным материалом: в учебнике представлены несколько десятков цветных фотографий различных веществ и химических опытов, выполненных в лабораториях НИТУ «МИСиС». Изложение свойств металлов сопровождается примерами решения задач и задачами для самостоятельного решения, ответы и пояснения к которым даны в конце учебника. В целом практическая часть учебника включает 50 задач с решениями и 100 задач для самостоятельного решения. 7
Библиографический список включает издания по общей и неорганической химии, справочную литературу и обзор производимой из минерального сырья продукции (Mineral commodity summaries). Приложение содержит справочные данные, необходимые для понимания излагаемого материала, а также для решения задач: физические свойства металлов, константы диссоциации гидроксидов металлов, константы нестойкости комплексных частиц, таблицу стандартных электродных потенциалов окислительно-восстановительных систем, таблицу растворимости. На форзацах учебника приведены современные формы длиннопериодного и короткопериодного вариантов Периодической системы Д. И. Менделеева. Учебник предназначен студентам 1 - 2 курсов технических университетов, изучающих химию. Он также может быть полезен студентам старших курсов, преподавателям химии и научным работникам. Авторы выражают благодарность З. П. Якимовой, С. В. Ковалеву, А. Н. Изместьеву, И. Б. Любошицу за помощь в создании иллюстративного материала. 8
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ СОКРАЩЕНИЯ Условные обозначения Выход реакции K Изотонический коэффициент Вант-Гоффа i Ионное произведение воды Kв Константа диссоциации Kд Константа нестойкости комплекса Kн Количество вещества n Масса m Массовая доля вещества w Моляльность раствора cm Молярная концентрация c Молярная масса M Молярный объем газа Vm Объем V Объем газа при нормальных условиях V0 Период полураспада T1/2 Плотность U Равновесная молярная концентрация вещества A [A] Радиус атома r Стандартная ЭДС гальванического элемента, реакции 'Eq Стандартный электродный потенциал Eq Стандартная энтальпия реакции или процесса 'Hq Стандартная энтальпия образования вещества 'fHq Степень диссоциации Į Температура кипения tкип Температура плавления tпл ЭДС гальванического элемента; реакции 'E Электродный потенциал E 9
Использованные сокращения Актиноиды An Восстановленная форма окислительновосстановительной системы Red Комплексные соединения КС Координационное число КЧ Лантаноиды Ln Международный союз теоретической прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry) ИЮПАК Окисленная форма окислительно-восстановительной системы Ox Периодическая система элементов ПС Предельно допустимая концентрация ПДК Произведение растворимости малорастворимого электролита ПР Редкоземельные металлы РЗМ Редкоземельные элементы РЗЭ Щелочноземельные металлы ЩЗМ Щелочноземельные элементы ЩЗЭ Щелочные металлы ЩМ Щелочные элементы ЩЭ Электродвижущая сила ЭДС 10