Конспект урока химии в 9 классе
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

Конспект  урока химии   в  9 классе

Тема. Положение металлов в периодической системе химических элементов  Д.И.Менделеева. Физические свойства металлов. Получение и применение металлов

   Цели и задачи урока:

1. Обеспечить восприятие и осмысление учащимися основных понятий темы «металл как элемент» и «металл как простое вещество»;
2. Подвести учащихся к осознанию практической значимости металлов в жизни человека;
3. Развивать умение владеть химической терминологией, чётко формулировать и высказывать свои мысли.
4. Воспитывать самостоятельность мышления в ходе учебной деятельности.

Плана проведения занятия

     1. История человечества это история металлов. Понятие «металлы»

2. Положение металлов в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Закономерности изменения свойств металлов

3. Металлы в природе

4.  Металлы - простые вещества (взаимосвязь строения металлов и физических свойств)

а) какова химическая связь в металлах? (металлическая связь)

 б) металлическая кристаллическая решетка (общие физические свойства)

в)  виды кристаллических решеток металлов (причины различия физические свойства металлов

г) физические свойства металлов

5. Способы получение металлов

6. Применение металлов

II. Изучение нового материала.

     1. История человечества это история металлов. Понятие «металлы

  Значимость данной темы, определяется той ролью, которую металлы играют в природе и во всех сферах деятельности человека.

Одним из самых распространенных материалов, с которым всегда предпочитали работать люди, был металл. В каждую эпоху предпочтение отдавалось разным видам этих удивительных веществ.

Сегодня вообще сложно представить, что когда-то можно было обходиться без металлических изделий, ведь практически все, начиная от предметов быта, медицинских инструментов и заканчивая тяжелой и легкой техникой, состоит из этого материала или включает в свой состав отдельные части из него. Почему же металлы сумели завоевать такую популярность? В чем проявляются особенности и как это заложено в их строении, попробуем разобраться далее.   Окружающее нас разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу. Что же такое металл?

Металл. Это слово известно всем с самого раннего детства.

Само слово «металл», по-видимому, происходит от греческого «металлон», что означает «шахта», «копи». М.В. Ломоносов посвятил металлам вдохновенные строки:    «Металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным. Ими защищаемся от нападения неприятеля, ими утверждаются корабли и силою их связаны. Металлы отверзают недро земное к плодородию, служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего…. И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может».

Уже в глубокой древности человеку были известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Эти металлы можно назвать «доисторическими», так как они применялись человеком ещё до изобретения письменности. Очевидно, что из семи металлов человек вначале познакомился с теми, которые в природе встречаются в самородном виде. Это золото, серебро и медь. Остальные четыре металла вошли в жизнь человека после того, как он научился добывать их из руд с помощью огня.

В древности и в средние века известные семь металлов соотносилось с числом известных планет: Солнце (золото), Юпитер (олово), Луна (серебро), Марс (железо), Меркурий (ртуть), Сатурн (свинец), Венера (медь). Алхимики считали, что под влиянием лучей планет в недрах Земли рождаются эти металлы.  

I. Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы и, что важнее всего, их сплавы. Век каменный (гиперссылка), когда человек научился только изготавливать первые орудия, сменился веком медным.

К концу каменного века человек открыл возможность использования металлов для изготовления орудий труда.

Первым таким металлом была медь.

Период распространения медных орудий называют энеолитом или хальколитом, что в переводе с греческого означает «медь». В наши дни временные рамки его определить сложно, но приметно этот период датируется концом четвёртого – началом третьего тысячелетия до н. э., так как энеолит схож с неолитом. Это объясняется тем, что в медном веке медные орудия труда не вытеснили каменные. Медь обрабатывалась с помощью каменных орудий методом холодной ковки. Самородки меди превращались в изделия под тяжёлыми ударами молота. В начале медного века из меди делали лишь мелкие орудия, украшения, предметы домашней утвари, поскольку этот металл слишком мягок в чистом виде, чтобы изготавливать из него крупные режущие орудия.                         Именно с открытием меди и других металлов стала зарождаться профессия кузнеца.

II. Позже появилось литьё, а потом человек стал добавлять к меди олово или сурьму, делать бронзу, более долговечную, прочную, легкоплавкую.

Далее идёт век бронзовый.   Бронза – сплав меди и олова. Хронологические границы бронзового века датируются с начала 3- го тысячелетия до н. э. до начала 1- го тысячелетия до н. э. Большими преимуществами бронзы в сравнении с медью и другими известными металлами являются более низкая температура плавления ( 700 – 900 С) и в особенности её более высокие литейные качества и значительно большая прочность.

Медные руды встречаются довольно часто, а оловянные – значительно реже, поэтому бронза получила распространение там, где имелись оба эти металла, например в Хорасане (Иран), Малой Азии и северо-западной Аравии, а в Европе – в Испании, Англии и Чехии. В других местах, где своего олова не было, его старались заменить сурьмой, мышьяком, свинцом и цинком.                                    В странах Передней Азии и в Индии уже в 3-м тысячелетии до н.э. появилось производство бронзовых изделий. В Египте бронзовый век начался во 2-м тысячелетии до н.э. Слово «бронза» произошло от названия небольшого итальянского городка Бриндизи на берегу Адриатического моря, который славился своими бронзовыми изделиями

   III.  Бронзовый век сменился железным только тогда, когда человечество смогло поднять температуру пламени в металлургических печах до 1540 С, т.е. до температуры плавления железа. Наступил железный век.

По археологической классификации третий и последний период первобытной эпохи, характеризующийся распространением железной металлургии и железных орудий, и знаменует собой железный век.

 В современном значении этот термин был введён в употребление в середине XІX в. Датским археологом К.Ю. Томсоном и вскоре распространился в литературе наряду с терминами «каменный век» и «бронзовый век».

В отличии от других металлов железо, кроме метеоритного, почти не встречается в природе в чистом виде. Наиболее древний сохранившийся образец кованого железа обнаружен при изучении большой пирамиды Хеопса и принадлежит к 2000-1500гг.до.н.э. Однако не только в Египте, но и в Древней Греции было известно о существовании железа. Ведь герои поэм легендарного Гомера облачались в доспехи и сражались оружием из железа и меди.

Учёные предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем». Самый крупный железный метеорит нашли в Африке, он весил около 60т. А во льдах Гренландии нашли железный метеорит весом 33т.   Уже в древности из этих небесных тел, так как они были прочными и твёрдыми, изготавливались различные предметы. Современные химические анализы огромного числа метеоритов, упавших на нашу планету, показали, что в составе железных метеоритов на долю железа приходится 91%.

Начало производства железа из его руд в Древнем Египте, Индии и других странах было положено около 4 тыс.лет назад, потому что возросла потребность людей в железных предметах – мечах, плугах и других изделиях, - а метеоритного железа на Земле было гораздо меньше, чем химически связанного железа. Поэтому огромное значение имело открытие способа получения железа из железных руд.

Так начался  и продолжается   «железный век»  Ведь в настоящее время железные сплавы составляют почти 90% всего количества металлов и металлических сплавов.

Но металлы есть не только на нашей планете. Так на Луне обнаружено большое количество самородного железа. А где расположены металлы в периодической системе?

2. Положение металлов в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева

В периодической системе более 3/4 мест занимают металлы.  Если провести, в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева,  диагональ от бора до астата, то  ниже диагонали бор—астат, а также выше нее в побочных подгруппах всех групп располагаются металлы.
1 группа главная подгруппа – щелочные металлы

2 группа главная подгруппа – щелочно-земельные металлы

3 группа главная подгруппа – все кроме бора

 4 группа главная подгруппа – все кроме углерода и кремния

5 группа главная подгруппа –  металлы сурьма и висмут

6 группа главная подгруппа – металл  полоний.   Во всех побочных подгруппах – только металлы, а так же лантаноиды и актиноиды.

Химические элементы, расположенные вблизи диагонали бор - астат, обладают двойственными свойствами: в одних своих соединениях ведут себя как металлы, в других — проявляют свойства неметалла.

Исходя из положения металлов в Периодической системе, какой можно сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах элементов- металлов?

Металлы — это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а некоторые — и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительно заряженные ионы.

Ме0 – nē = Ме+n

Атомы металлов имеют, как правило, большие атомные радиусы, поэтому и их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. Чем больше радиус атома и меньше электронов на внешнем слое, тем слабее удерживается электрон и тем меньше энергия ионизации. (Энергия ионизации - это энергия, необходимая для отрыва от атома наиболее слабо связанного с ним электрона). Чем меньше значение энергии ионизации, тем легче электрон отрывается от атома,   что приводит к усилению металлических, а следовательно и восстановительные свойства.

 В  главных подгруппах значение энергии ионизации уменьшается сверху вниз, в периодах -увеличивается слева направо. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, — это наличие на внешнем энергетическом уровне 1—3 электронов. 

Рассмотрим, как изменяются восстановительные свойства у элементов-металлов в периоде и  в группах  главных подгрупп?

Сравниваем  восстановительную способность металлов, принадлежащих одному периоду (на примере 2 периода)

 Окислительные свойства в периодах слева направо усиливаются,  а восстановительные – ослабевают. Что является причиной изменения этих свойств?  С увеличением зарядов ядер атомов и постоянном числе энергетических уровней (в пределах одного и того же уровня) электроны сильнее притягиваются к ядру атома, что приводит к уменьшению их радиуса, увеличивается число электронов на внешнем уровне и усиливается связь валентных электронов с ядром. Поэтому в периодах слева направо восстановительная способность металлов  уменьшается. Отсюда их наиболее высокая химическая активность, т. е. атомы металлов легко отдают электроны, — являются хорошими восстановителями. В периодах наибольшие атомные радиусы у щелочных металлов.  

• Как изменяются восстановительные свойства у элементов в группах  главных подгрупп? (рассмотрим на примере I и II групп)

В группах  главных подгрупп сверху вниз  окислительные свойства ослабевают, а восстановительные усиливаются. Причиной изменения этих свойств является увеличение радиуса атома за счет роста числа энергетических уровней. Их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны,  и отдавать электроны, становится легче. Лучшие восстановители — металлы I и II групп главных подгрупп.
Наиболее активным металлом является франций.

  Вывод.  Прочность связи валентных электронов с ядром зависит от двух факторов: величины заряда ядра и радиуса атома. 

Как изменяются восстановительные свойства у элементов – металлов побочных подгрупп?

      Сравним активность элементов побочной подгруппы. Cu, Ag, Au – активность элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Cd, Hg.

       У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением порядкового номера элемента радиус атомов изменятся мало, а величина заряда ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

     Вывод:  в периодах с увеличением заряда ядра восстановительные свойства уменьшаются, а в группах наоборот с возрастанием радиуса атома восстановительные свойства возрастают

Если мы будем внимательны, то обнаружим вокруг себя множество «металлических» элементов

Как вы думаете, сколько металлов в электрической лампочке?

Давайте посчитаем вместе Раскаленная нить — проволочка из вольфрама; ток к раскаленной нити подводят провода из меди; патрон — из цинка; цоколь закреплен припоем — сплавом олова со свинцом и сурьмой.

В домашней аптечке хранится термометр, капилляр которого заполнен ртутью — единственным металлом, который при обычных условиях находится в жидком состоянии.

Если мы пойдем к зеркалу, то увидим свое отражение в тончайшем слое металлического серебра, который нанесен на стекло 

Исключительное  значение  металлов  для  развития  общество  обусловлено, конечно, их  уникальными свойствами.

Простые вещества- металлы обладают рядом общих физических свойств. Вам известно, что физические свойства определяются его строением – типом кристаллической решетки.

Для этого рассмотрим модель внутреннего строения металла

В виде простого вещества атомы металлов связаны между собой, так называемой металлической связью.

Металлическая связь — особый вид связи, присущий исключительно металлам. Сущность ее в том, что от атомов металлов постоянно отрываются электроны, которые перемещаются по всей массе куска металла (рис.) Атомы металла, лишенные электронов, превращаются в положительные ионы, которые стремятся снова притянуть к себе свободно движущиеся электроны. Одновременно другие атомы металла отдают электроны. Таким образом, внутри куска металла постоянно циркулирует так называемый электронный газ, который прочно связывает между собой все атомы металла. Электроны оказываются как бы обобществленными одновременно всеми атомами металла. Металлическая связь характерна для металлов в твердом и жидком состоянии.  Такой особый тип химической связи между атомами металлов обусловливает как физические, так и химические свойства металлов.

Веществам с металлической связью присущи металлические кристаллические решетки, которые обычно изображают схематически так, как показано на рисунке узлах находятся катионы и атомы металлов, окруженные относительно свободными электронами,  движущимися по всему объему кристалла. Относительно свободные электроны равномерно распределяются между ионами и соединяют их,     в результате чего кристаллическая решетка металлов является устойчивой.

Металлы обладают рядом сходных физических свойств, отличающих их от неметаллов. Чем больше валентных электронов имеет металл, тем прочнее металлическая связь, тем прочнее кристаллическая решетка, тем прочнее и тверже металл, тем выше его температура плавления и кипения и т. д.

Кристаллическое строение металлов объясняет причину каждого из обозначенных свойств и говорит о выраженности их у каждого конкретного представителя. Если знать особенности такого строения, то можно влиять на свойства образца и подстраивать его под нужные параметры, что и делают люди уже многие десятилетия.

Существует несколько разновидностей кристаллических решеток металлов.

  Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристаллического тела.

Типы кристаллических решеток 

1.  Объемно-центрированная кубическая.

2.  Гексагональная плотноупакованная.

3. Гранецентрированная кубическая.

1. Объемно-центрированная решетка Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру.

Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название "объемно-центрированная". Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом.

Такой тип имеют следующие металлы: барий, ванадий, хром, марганец, железо и другие. Основные свойства таких представителей - высокая степень ковкости и пластичности, твердость и прочность.

2.Гранецентрированная решетка 

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани. Подобную структуру имеют: алюминий,  никель, свинец,  медь, золото Основные отличительные свойства: блеск, разные цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

3.  Гексагональная решетка Кристаллическое строение металлов, обладающих данным типом решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов. Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как: титан,  магний,  кобальт,  цинк. Основные свойства - высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Объединяет их все одна особенность - в узлах находятся атом-ионы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла. Рассмотрим некоторые физические и механические свойства металлов. К физическим свойствам относят: удельный вес, цвет, электропроводность, теплопроводность, плавкость и плотность металла. К механическим характеристикам относят пластичность, упругость, твердость, прочность, ковкость, вязкость.

Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе материала для изготовления деталей машин, необходимо,  прежде всего, учитывать его механические свойства. Эти свойства определяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подвергают воздействию внешних сил (нагрузок). 

Металлический блеск и непрозрачность.   Все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск.  Электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло.    Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо-белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый цвет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме Al и Mg, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.

Металлы непрозрачны, т.е. не пропускают сквозь себя свет, и в этом отраженном свете каждый металл имеет свой особенный оттенок – цвет. Есть две группы металлов цветные и черные. Черными именуют железо и его сплавы .Остальные являются цветными или не железными.

Электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

      При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и  это мешает движению электронов,  и электропроводность металлов падает.

Теплопроводность металлов, как правило, соответствует электропроводности. Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые, сталкиваясь с колеблющими ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит быстрое выравнивание температуры по всему куску металла. Лучшая проводимость у серебра, меди, худшая у висмута, ртути.

Ковкость и  пластичность. 

      Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.  

Пластичность уменьшается в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото, например, можно прокатывать в листы толщиной не более 0,001 мм, которые используют для позолоты различных предметов. Алюминиевая фольга появилась сравнительно недавно и раньше чай, шоколад поковали в фольгу из олова, которая так и называлась ― станиоль. Однако не обладают пластичностью Mn и Bi -  это хрупкие металлы.

   Плотность. Металлы делятся на легкие плотность (меньше 5г/см³)  Она тем меньше, чем меньше атомная масса элемента-металла и чем больше радиус его атома (щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий) тяжелые плотность (больше 5г/см³)  Самый легкий из металлов ― литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый ― осмий (плотность 22,6 г/см3).

Металлический звон

Металлы звенят, и это свойство используется для изготовления колокольчиков (вспомните Царь-колокол в Московском Кремле). Самые звонкие металлы ― это Au, Ag, Cи. Медь звенит густым, гудящим звоном ― малиновым звоном. Это образное выражение не в честь ягоды-малины, а в честь голландского города Малина, где выплавлялись первые церковные колокола. В России потом русские мастера стали лить колокола даже лучшего качества, а жители городов и поселков жертвовали золотые и серебряные украшения, чтобы отливаемый для храмов колокол звучал лучше. В некоторых русских ломбардах определяли подлинность принимаемых на комиссию золотых колец по звону золотого обручального кольца, подвешенного на женском волосе (слышен очень долгий и чистый высокий звук).

  Плавкость. В зависимости от величины температуры плавления, металлы делят на легкоплавкие (до 600°С, такие как галлий, ртуть) , среднеплавкие (600-1600°С  медь, алюминий) и тугоплавкие (>1600°С, вольфрам, молибден). - Самый легкоплавкий металл ― ртуть (t кип. = -38,9°С), цезий и галлий ― плавятся соответственно при 29 и 29,8°С.  Цезий можно расплавить теплом ладони. Но не стоит брать его голой рукой    Вольфрам ― самый тугоплавкий металл ( t кип. = 3390°С).

          Твердость способность тела противостоять проникновению в него другого тела  – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Натрий, калий  можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло.

      Все перечисленные свойства, как температура плавления, твердость, ковкость и т. д. находятся в прямой зависимости от прочности металлической связи. Чем прочнее металлическая связь, тем жестче неспецифические свойства. Обратите внимание,  у щелочных металлов прочность металлической связи уменьшается в периодической таблице сверху вниз и, как следствие, закономерно уменьшается температура плавления (растет радиус, влияние заряда ядра уменьшается, при больших радиусах и единственном валентном электроне щелочные металлы легкоплавки).

Металлы в природе. Рассмотрим, как связаны между собой активность металлов и нахождение их в природе.   Металлы встречаются в природе как в чистом виде,  так и в виде соединений.
Те металлы, которые могут окисляться ионами водорода из природной воды (обычно подкисленной взаимодействием с различными кислотными оксидами) или кислородом воздуха в свободном виде  ᴛ.е. в виде простого вещества в природе не могут существовать. Значит, в свободном самородном состоянии обычно встречаются «благородные металлы» золото, серебро и платина. Некоторые малоактивные металлы тоже могут встречаться, но такие месторождения – редкие, и к настоящему времени хозяйственного значения не имеют. Но именно это было причиной, по которой первыми металлами известными человечеству были медь, ртуть, свинец, олово….  В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений.  

Для активных металлов это соли.

Хлориды: сильвин (KCl), галит (NaCl) и сильвинит (КСl•NаСl), карналлит КСl•МgСl2•6Н2О

Сульфаты: глауберова соль Nа2SO4•2Н2О, гипс CaSO4•2H2O, барит ВaSO4

Карбонаты: мел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит МgСО3

Фосфаты: апатит Са3(РО4)2

Причем, чем ниже растворимость этих соединений, тем больше вероятность, их встретить. Менее активные металлы встречаются в виде оксидов или в виде сульфидов.

 Например: магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3 и др.

Смешанные оксиды: каолин Аl2O3•2SiO2•2Н2О, алунит (Na, K)2O•Аl2О3•2SiO2, др

Сульфиды: галенит PbS, киноварь НgS, серный колчедан FeS2

 Причем до железа в ряду активности – преимущественно оксиды, а после – преимущественно сульфиды.

Эти соединения входят в состав руд и минералов.

Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы.

А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав.

Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал — в оловянные.

Железным рудам всегда сопутствуют:  марганец,  никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.

Способы получения металлов

Естественно, что и способы получения металлов тоже зависят от их активности. Получение благородных металлов обычно состоит в отделении их от пустой породы. Существует много методов для этого. Получение металлов из их соединений можно назвать одним словом – восстановление, т.е. химическая суть этих процессов – заставить ионы металла принять электроны. Что можно использовать как восстановитель? Какие вещества легко расстаются со своими электронами? В зависимости от условий проведения процесса восстановления ионов металла, различают несколько способов получения металлов.

1.Пирометаллургия - метод извлечения металлов из руд под действием высоких температур. Оксидные руды и оксиды восстанавливают углем, оксидом углерода (II), более активными  металлами (алюминием, магнием)

Следовательно, активные металлы можно использовать для получения менее активных из их оксидов. К примеру:

Такие способы получения металлов, исходя из восстановителя, называются магнийтермия, алюминотермия, и т.д.

Хорошим восстановителем является и водород:

Но у этих восстановителей (и водорода и активных металлов) есть существенный недостаток – высокая стоимость. Ведь в природе они в свободном виде не встречаются, а их получение требует больших затрат. По этой причине такие восстановители используют только, если это экономически обосновано, ᴛ.ᴇ. для получения редких и дорогих металлов. А металлы, которые нужно получать в очень большом количестве (железо), восстанавливают более дешевым восстановителем – углеродом. Его применяют в виде кокса, а ранее использовали древесный уголь.

А как восстанавливают самые активные металлы? Где найти такой сильный восстановитель? Таким активным восстановителем будет электрический ток.

 Электрометаллургия - методы восстановления металлов с помощью электрического тока. Процесс называют электролизом. Данный метод основан на электролизе растворов или расплавов соединений металлов. Наиболее активные металлы получают электролизом расплавов их соединений.

Оксид металла или его хлорид расплавляют и через расплав пропускают электрический ток. К примеру:  На катоде идет процесс восстановления металла: Na+ + e- → Na0

На аноде идет процесс окисления аниона: Cl- - e- → Cl20

Суммарно реакция выглядит так: NaCl → Cl20 + Na0  

 Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных: Mn, Zn, Сo, Cd, Fe,

 Гидрометаллургия. Способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным

Применение металлов

Физические свойства металлов, вытекающие из свойств металлической связи, обуславливают их разнообразное применение. Металлы и их сплавы – важнейшие конструкционные материалы современной техники; они идут на изготовление машин и станков, необходимых в промышленности, различных транспортных средств, строительных конструкций, сельскохозяйственных машин. В связи с этим сплавы железа, алюминия производят в больших количествах. Металлы широко применяются в электротехнике. Из каких металлов делают электрические провода?

В электротехнике из-за дороговизны серебра в качестве материала для электропроводки используют медь и алюминий.

Без этих металлов невозможно было бы передать электрическую энергию на расстояние в сотни, тысячи километров. Предметы быта также изготовлены из металлов, ,потому что -металлы теплопроводны и прочны.

Металлический блеск металлов используют для изготовления зеркал, рефлекторов, елочных игрушек?

Легкие металлы – магний, алюминий, титан – широко используют в самолетостроении. Из титана и его сплавов изготавливают многие детали самолетов, ракет. Трение о воздух при больших скоростях вызывает сильное разогревание обшивки самолета, а прочность металлов при нагреве обычно значительно снижается. У титана и его сплавов в условиях сверхзвуковых полетов снижение прочности почти не наблюдается.

В тех случаях, когда необходим металл с большой плотностью (пули, дробь), часто используют свинец, хотя плотность свинца (11,34 г/см3) значительно ниже, чем некоторых более тяжелых металлов. Но свинец довольно легкоплавок и поэтому удобен при обработке. К тому же он несравнимо дешевле осмия и многих других тяжелых металлов. Ртуть, как жидкий при обычных условиях металл, применяют в измерительных приборах; вольфрам – во всех случаях, когда требуется металл, противостоящий особенно высоким температурам, например для нитей накаливания в электролампочках. Чем это обусловлено? У ртути – низкая температура плавления, а у вольфрама – высокая.

Металлы также отражают радиоволны, что используется в радиотелескопах, улавливающих радиоизлучение искусственных спутников Земли, и в радиолокаторах, обнаруживающих самолеты на больших расстояниях.

Благородные металлы – серебро, золото, платина – используются для изготовления украшений. Потребителем золота является электронная отрасль промышленности: оно используется для изготовления электрических контактов (в частности, аппаратура пилотируемого космического корабля содержит достаточно много золота).

Итак, на сегодняшнем уроке мы убедились в огромном значении металлов для нашей жизни, выяснили особенности физических свойств металлов как простых веществ. Способы получение металлов.
Из вышеизложенного материала, очевидно, что знания   о структуре и строении  металлов очень четко иллюстрирует зависимость   основополагающей логической цепочки: состав - строение - свойства - применение   и позволяет наглядно объяснить и показать, насколько важно знать структуру, чтобы правильно и грамотно использовать все свойства.

4. Закрепление

Учитель:

Теперь, для закрепления  проведем тест.

      1.  В периодической системе типичные металлы расположены:

                    а) в верхней части

                    б) в нижней части

                    в) в правом верхнем углу

                    г) левом нижнем углу

  2.  Электронная формула наиболее активного металла:

                    а)       2) 2)

                    б)       2) 8)  2)

                    в)       2) 8) 18) 2)  

                    г)       2) 8) 8) 2)

3. Тип связи, существующий в кристаллах металлов

      1)ковалентная неполярная

2)ковалентная полярная

3) ионная

4) металлическая

4. В узлах кристаллических решеток металлов располагаются

      1)атомы и положительные ионы металлов

2)атомы и отрицательные ионы металлов

3) молекулы

4) электроны

5. В ряду элементов Mg→Ca→Sr металлические свойства

а) не изменяются; б) усиливаются из-за увеличения атомных радиусов элементов; в) ослабевают из-за уменьшения атомных радиусов элементов;

г) усиливаются из-за увеличения числа валентных электронов в атомах

6.   В ряду элементов Na→Mg→Al металлические свойства элементов:

а) возрастают из-за увеличения в атомах числа валентных электронов и уменьшения атомных радиусов;

б) уменьшаются из-за увеличения в атомах числа валентных электронов и уменьшения атомных радиусов;

в) возрастают из-за уменьшения в атомах числа валентных электронов и увеличения атомных радиусов;

г) не изменяются

7.  В каком из перечисленных рядов металлы расположены в порядке увеличения атомных радиусов:

а) K; Ca; Mg; б) Al; Ga; In; в) Ca; Mg; Be; г) In; Sn; Sb;

8. В ряду элементов Al→Mg→Na  электроотрицательность металлов:

а) не изменяется; б) возрастает  в) сначала уменьшается, затем возрастает   г) уменьшается

9. Какую роль играет алюминий в алюминотермических процессах:

а) окислителя;  б) восстановителя;  в) катализатора;  г) удаляет шлаки из металлических руд

10. Какой металл обладает наиболее высокой электропроводностью:

а) серебро;  б) железо;  в) алюминий;  г) медь

11. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных и запишите цифры, под которыми они указаны.  Общим для натрия и алюминия является

 1) наличие 12 протонов в ядрах их атомов

2) нахождение валентных электронов в третьем электронном слое

3) образование простых веществ-металлов

4) существование в природе в виде двухатомных молекул

5) образование ими высших оксидов с общей формулой Э2О

12. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных и запишите цифры, под которыми они указаны. В ряду химических элементов Sr → Ba → Ra

 1) увеличивается значение электроотрицательности

2) уменьшается число электронов на внешнем уровне

3) увеличивается атомный радиус

4) увеличиваются восстановительные свойства

5) возрастает высшая степень окисления

13.  Простое вещество с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами: а) бериллий,

 б) кальций, в) магний, г) стронций

14.  Как изменяются металлические свойства в главных подгруппах сверху вниз. Укажите

правильный ответ.

1) усиливаются, так как растет число электронов в атоме,

2) усиливаются, так как растет радиус атома, а число внешних электронов не изменяется

 3) не изменяются, так как не изменяется число электронов на внешнем уровне,

4) ослабевают, так как не изменяется число внешних электронов.