Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
Щелочноземельные металлыЩелочноземельные металлы. Кальций и его соединения. Жёсткость и способы её устраненияХарактеристика ЩЗМ
Во IIА группу входят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Последние четыре элемента получили название щелочноземельных. Такое название обусловлено тем, что эти элементы встречаются в природе в составе минералов-карбонатов, прокаливание которых и дальнейшее растворение полученных продуктов приводит к образованию щелочного раствора. Отсюда и название «щелочные земли». У атомов химических элементов IIА группы на внешнем слое находится по 2 электрона. В химических реакциях атомы этих элементов выступают в качестве восстановителей, отдавая внешние электроны и превращаясь в ионы с зарядом «2+». Щелочноземельные металлы и их соли окрашивают пламя в разные цвета: например, кальций – в кирпично-красный, стронций – в красный, барий – в зеленый.
Рис. 1. Окрашивание пламени солями элементов группы IIА: а- солью кальция, б – солью стронция, в- солью бария Нахождение в природеВ виде простых веществ элементы IIА группы в природе не встречаются. Самые распространенные из них – кальций и магний – встречаются в природе в составе минералов, содержащих, как правило, карбонаты и сульфаты этих элементов. Также соли кальция и магния содержатся в пресной и морской воде. Радий – радиоактивный элемент. В природе он встречается в составе минералов урана. Важнейшие минералы: 3BeO • Al2O3 • 6SiO2 – берилл MgCO3 – магнезит CaCO3 • MgCO3 – доломит KCl • MgSO4 • 3H2O – каинит KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит MgCl2·6H2O - бишофит CaCO3 – кальцит (известняк, мрамор и др.) Ca3(PO4)2 – апатит, фосфорит CaSO4 • 2H2O – гипс CaSO4 – ангидрит CaF2 – плавиковый шпат (флюорит) SrSO4 – целестин SrCO3 – стронцианит Ba BaSO4 – барит BaCO3 – витерит Получение 1. Бериллий получают восстановлением фторида: BeF2 + Mg t˚C→ Be + MgF2 2. Барий получают восстановлением оксида: 3BaO + 2Al t˚C→ 3Ba + Al2O3 3. Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов: Т.к. металлы данной подгруппы сильные восстановители, то получение возможно только путем электролиза расплавов солей. В случае Са обычно используют CaCl2 (c добавкой CaF2 для снижения температуры плавления) CaCl2=Ca+Cl2↑ Физические свойства и применение Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип, плотностями и твердостью. ПРИМЕНЕНИЕ
Химические свойства 1. Очень реакционноспособны, сильные восстановители. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba 2. Обладают положительной степенью окисления +2. 3. Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода. 4. С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH2. 5. Оксиды имеют общую формулу ЭО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов. 1. Реакция с водойВ обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде, но с горячей водой магний образует основание Mg(OH)2. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями: Ве + H2O → ВеO+ H2 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 2. Реакция с кислородом Все металлы образуют оксиды RO, барий образует пероксид – BaO2: 2Mg + O2 → 2MgO Ba + O2 → BaO2 Опыт: "Горение кальция на воздухе" 3. С другими неметаллами образуются бинарные соединения: Be + Cl2 → BeCl2 (галогениды) Ba + S → BaS (сульфиды) 3Mg + N2 → Mg3N2 (нитриды) Ca + H2 → CaH2 (гидриды) Ca + 2C → CaC2 (карбиды) 3Ba + 2P → Ba3P2 (фосфиды) Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами. 4. Все металлы растворяются в кислотах: Ca + 2HCl → CaCl2 + H2 Mg + H2SO4(разб.) → MgSO4 + H2 Бериллий также растворяется в водных растворах щелочей: Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2 5. Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета: Ca2+ - темно-оранжевый Sr2+- темно-красный Ba2+ - светло-зеленый Катион Ba2+ обычно открывают обменной реакцией с серной кислотой или ее солями: BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl Ba2+ + SO42- → BaSO4↓ Сульфат бария – белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах. Соединения щелочноземельных металлов Оксиды щелочноземельных металлов Получение 1) Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид) 2) Термическое разложение нитратов или карбонатов CaCO3 t˚C→ CaO + CO2 2Mg(NO3)2 t˚C→ 2MgO + 4NO2 + O2 Химические свойства Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO и MgO), кислотными оксидами и кислотами СаO + H2O → Са(OH)2 3CaO + P2O5 → Ca3(PO4)2 BeO + 2HNO3 → Be(NO3)2 + H2O BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах: BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)2 Получение Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой: CaO (негашеная известь) + H2O → Ca(OH)2 (гашеная известь) Видео-опыт: “Взаимодействие негашеной извести с водой” Химические свойства Гидроксиды R(OH)2 - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)2 – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)2 увеличивается с увеличением атомного номера: Be(OH)2 – амфотерный гидроксид Mg(OH)2 – слабое основание Са(OH)2- щелочь остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи). 1) Реакции с кислотными оксидами: Ca(OH)2 + СO2 → CaСO3↓ + H2O Опыт: “Качественная реакция на углекислый газ” Ba(OH)2 + SO2 → BaSO3↓ + H2O 2) Реакции с кислотами: Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + 2H2O 3) Реакции обмена с солями: Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4↓+ 2KOH 4) Реакция гидроксида бериллия со щелочами: Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4] Природная вода, содержащая ионы Ca2+ и Mg2+, называется жесткой. Жесткая вода при кипячении образует накипь, в ней не развариваются пищевые продукты; моющие средства не дают пены. Карбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная (постоянная) жесткость– хлоридов и сульфатов. Общая жесткость водырассматривается как сумма карбонатной и некарбонатной. Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca2+ и Mg2+ Опыт: “Способы устранения жёсткости воды” 1) Кипячением: Сa(HCO3)2 t˚C→ CaCO3↓+ CO2 + H2O Mg(HCO3)2 t˚C→ MgCO3↓+ CO2 + H2O 2) Добавлением известкового молока: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O 3) Добавлениемсоды: Ca(HCO3)2 + Na2CO3 →CaCO3↓+ 2NaHCO3 CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3↓ + 2NaCl 4) Пропусканием через ионнообменную смолу а) катионный обмен: 2RH + Ca2+ → R2Ca + 2H+ б) анионный обмен: 2ROH + SO42- → R2SO4 + 2OH- (где R - сложный органический радикал) Тренажеры Тренажёр №2: " Уравнения реакций магния и щелочноземельных металлов с кислородом" Тренажёр №3: "Уравнения реакций, характеризующих химические свойства оксидов магния и щелочноземельных металлов" Тренажёр №4: "Характеристика реакции гидроксида кальция с соляной кислотой" Тренажёр №5: "Характеристика кальция по положению в Периодической системе Д. И. Менделеева" |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
||||||