Условие задачи
Дайте характеристику магния — простого вещества. Какой тип связи наблюдается в нем? Какие физические свойства имеет металл магний? Запишите уравнения реакций магния со следующими веществами: а) кислородом; б) хлором Cl2; в) серой; г) азотом N2; д) соляной кислотой. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления
Решение
Ниже представлено подробное решение задачи по химии, в котором охарактеризовано простое вещество магний, его тип связи, физические свойства и записаны реакции с анализом процессов окисления–восстановления.
──────────────────────────────
1. Характеристика магния как простого вещества
• Магний (Mg) — элемент, относящийся к щёлочноземельным металлам (группа 2 периодической системы). Он имеет атомный номер 12 и обладает электронной конфигурацией 1s² 2s² 2p⁶ 3s².
• Тип химической связи в магнии: в кристаллической решётке металлов преобладают металлические связи. В них атомы магния соединены посредством «облака» делокализованных электронов, что обеспечивает характерные свойства металлов – проводимость тепла и электроэнергии, пластичность и ковкость.
──────────────────────────────
2. Физические свойства металлического магния
• Внешний вид: серебристо-белый, блестящий металл.
• Плотность: сравнительно невысокая, около 1,74 г/см³, что делает магний одним из легких металлов.
• Температура плавления: достаточно высока (примерно 650 °С), что свидетельствует о прочных металлических связях.
• Электропроводность и теплопроводность: металл обладает хорошей проводимостью благодаря наличию делокализованных электронов.
• Реакционная способность: магний активно реагирует при нагревании (например, с кислородом образуя оксид), демонстрируя способность к окислению.
──────────────────────────────
3. Запись уравнений реакций магния с различными веществами и анализ процессов окисления-восстановления
А) Реакция магния с кислородом (O₂)
Уравнение реакции:
2 Mg + O₂ → 2 MgO
Анализ:
– Магний переходит из степени окисления 0 в +2, поэтому подвергается окислению.
– Кислород восстанавливается из 0 до –2.
– Продукт реакции – оксид магния.
Б) Реакция магния с хлором (Cl₂)
Уравнение реакции:
Mg + Cl₂ → MgCl₂
Анализ:
– В данной реакции магний окисляется: 0 → +2.
– Хлор восстанавливается: 0 → –1, каждый атом хлора в молекуле Cl₂ принимает один электрон.
– Образуется хлорид магния.
В) Реакция магния с серой (S)
Уравнение реакции:
Mg + S → MgS
Анализ:
– Магний окисляется, переходя из 0 в +2.
– Сера восстанавливается, изменяя степень окисления с 0 до –2.
– Формируется сульфид магния (MgS).
Г) Реакция магния с азотом (N₂)
Уравнение реакции:
3 Mg + N₂ → Mg₃N₂
Анализ:
– Магний окисляется (0 → +2).
– Азот восстанавливается (0 → –3) в нитриде.
– В итоге получается нитрид магния, в котором три атома магния соединяются с одним молекулой азота для соблюдения стехиометрии зарядов.
Д) Реакция магния с соляной кислотой (HCl)
Уравнение реакции:
Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂
Анализ:
– Магний окисляется (0 → +2).
– Ионы водорода (H⁺) из HCl восстанавливаются, образуя водородный газ (H₂), степень окисления водорода изменяется с +1 до 0.
– Продуктом реакции является хлорид магния.
──────────────────────────────
Вывод
• В простом веществе магний находится в виде металлического элемента, соединённого посредством металлических связей с характерным делокализованным «электронным облаком».
• Физические свойства магния, такие как малый вес, высокая электропроводность, прочность металлической структуры и высокая температура плавления, объясняются свойствами металлической связи.
• Во всех приведённых реакциях магний играет роль восстановителя – он отдает электроны (окисляется), а реагирующие с ним вещества (кислород, хлор, сера, азот, ионы водорода) входят в состав соединений, при этом их атомы восстанавливаются.
Данное решение демонстрирует применение основных принципов химии, в частности, концепции металлической связи и процессов окисления–восстановления.