Элементы II группы главной подгруппы
1. Положение в Периодической системе химических элементов
2. Электронное строение и закономерности изменения свойств
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с оксидами неметаллов
7.2.6. Взаимодействие с солями и оксидами металлов
Оксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами
2.2. Взаимодействие с кислотами
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Амфотерные свойства оксида бериллия
Гидроксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами
2.4. Взаимодействие с кислыми солями
2.5. Взаимодействие с неметаллами
2.6. Взаимодействие с металлами
2.7. Взаимодействие с солями
2.8. Разложение при нагревании
2.9. Диссоциация
2.10. Амфотерные свойства гидроскида бериллия
Соли щелочноземельных металлов
Жесткость
1. Постоянная и временная жесткость
2. Способы устранения жесткости
Элементы II группы главной подгруппы
Положение в периодической системе химических элементов
Щелочноземельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (или просто во 2 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). На практике к щелочноземельным металлам относят только кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них. Однако, согласно номенклатуре ИЮПАК, щелочноземельными принято считать все металлы II группы главной подгруппы.
Электронное строение и закономерности изменения свойств
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов: ns2, на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии находится 2 s-электрона. Следовательно, типичная степень окисления щелочноземельных металлов в соединениях +2.
Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочноземельных металлов.
В ряду Be—Mg—Ca—Sr—Ba—Ra, в соответствии с Периодическим законом, увеличивается атомный радиус, усиливаются металлические свойства, ослабевают неметаллические свойства, уменьшается электроотрицательность.
Физические свойства
Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.
Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.
Кристаллическая решетка щелочноземельных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, они обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при высоких температурах.
Нахождение в природе
Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:
Доломит — CaCO3 · MgCO3 — карбонат кальция-магния.
Магнезит MgCO3 – карбонат магния.
Кальцит CaCO3 – карбонат кальция.
Гипс CaSO4 · 2H2O – дигидрат сульфата кальция.
Барит BaSO4 — сульфат бария.
Витерит BaCO3 – карбонат бария.
Способы получения
Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:
MgCl2 → Mg + Cl2
или восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:
2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca2SiO4
Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:
CaCl2 → Ca + Cl2
Барий получают восстановлением оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:
4BaO + 2Al → 3Ba + Ba(AlO2)2
Качественные реакции
Качественная реакция на щелочноземельные металлы — окрашивание пламени солями щелочноземельных металлов.
Цвет пламени:
Ca — кирпично-красный
Sr — карминово-красный (алый)
Ba — яблочно-зеленый
Качественная реакция на ионы магния: взаимодействие с щелочами. Ионы магния осаждаются щелочами с образованием белого осадка гидроксида магния:
Mg2+ + 2OH— → Mg(OH)2↓
Качественная реакция на ионы кальция, стронция, бария: взаимодействие с карбонатами. При взаимодействии солей кальция, стронция и бария с карбонатами выпадает белый осадок карбоната кальция, стронция или бария:
Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓
Качественная реакция на ионы стронция и бария: взаимодействие с сульфатами. При взаимодействии солей стронция и бария с сульфатами выпадает белый осадок сульфата бария и сульфата стронция:
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
Sr2+ + SO42- → SrSO4↓
Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция, стронция и бария с сульфитами и фосфатами.
Например, при взаимодействии хлорида кальция с фосфатом натрия образуется белый осадок фосфата кальция:
3CaCl2 + 2Na3PO4 → 6NaCl + 2Ca3(PO4)2↓
Химические свойства
1. Щелочноземельные металлы — сильные восстановители. Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами.
1.1. Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием галогенидов при нагревании.
Например, бериллий взаимодействует с хлором с образованием хлорида бериллия:
Be + Cl2 → BeCl2
1.2. Щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с серой и фосфором с образованием сульфидов и фосфидов.
Например, кальций взаимодействует с серой при нагревании:
Ca + S → CaS
Кальций взаимодействует с фосфором с образованием фосфидов:
3Ca + 2P → Ca3P2
1.3. Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения — гидриды. Бериллий с водородом не взаимодействует, магний реагирует лишь при повышенном давлении.
Mg + H2 → MgH2
1.4. С азотом магний взаимодействует при нагревании с образованием нитрида:
3Mg + N2 → Mg3N2
Остальные щелочноземельные металлы также реагируют с азотом при нагревании.
1.5. Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов.
Например, кальций взаимодействует с углеродом с образованием карбида кальция:
Ca + 2C → CaC2
Бериллий реагирует с углеродом при нагревании с образованием карбида — метанида:
2Be + C → Be2C
1.6. Бериллий сгорает на воздухе при температуре около 900°С:
2Be + O2 → 2BeO
Магний горит на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:
2Mg + O2 → 2MgO
3Mg + N2 → Mg3N2
Щелочноземельные металлы горят на воздухе при температуре около 500°С, в результате также образуются оксиды и нитриды.
Видеоопыт: горение кальция на воздухе можно посмотреть здесь.
2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:
2.1. Щелочноземельные металлы реагируют с водой. Взаимодействие с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Бериллий с водой не реагирует. Магний реагирует с водой при кипячении. Кальций, стронций и барий реагируют с водой при комнатной температуре.
Например, кальций реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода:
Ca0 + 2H2+O = Ca+(OH)2 + H20
2.2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.
Например, магний реагирует с соляной кислотой:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
2.3. При взаимодействии щелочноземельных металлов с концентрированной серной кислотой образуется сера.
Например, при взаимодействии кальция с концентрированной серной кислотой образуется сульфат кальция, сера и вода:
4Ca + 5H2SO4(конц.) → 4CaSO4 + S + 5H2O
2.4. Щелочноземельные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодействии кальция и магния с концентрированной или разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (I):
4Ca + 10HNO3 (конц) → N2O + 4Сa(NO3)2 + 5H2O
При взаимодействии щелочноземельных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:
4Ba + 10HNO3 → 4Ba(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
2.5. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.
Например, при взаимодействии кальция с оксидом кремния (IV) образуются кремний и оксид кальция:
2Ca + SiO2 → 2CaO + Si
Магний горит в атмосфере углекислого газа. При этом образуется сажа и оксид магния:
2Mg + CO2 → 2MgO + C
2.6. В расплаве щелочноземельные металлы могут вытеснять менее активные металлы из солей и оксидов. Обратите внимание! В растворе щелочноземельные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.
Например, кальций вытесняет медь из расплава хлорида меди (II):
Ca + CuCl2 → CaCl2 + Cu
Оксиды щелочноземельных металлов
Способы получения
1. Оксиды щелочноземельных металлов можно получить из простых веществ — окислением металлов кислородом:
2Ca + O2 → 2CaO
2. Оксиды щелочноземельных металлов можно получить термическим разложением некоторых кислородсодержащих солей — карбонатов, нитратов.
Например, нитрат кальция разлагается на оксид кальция, оксид азота (IV) и кислород:
2Ca(NO3)2 → 2CaO + 4NO2 + O2
MgCO3 → MgO + CO2
СаСО3 → СаО + СО2
3. Оксиды магния и бериллия можно получить термическим разложением гидроксидов:
Mg(OH)2 → MgO + H2O
Химические свойства
Оксиды кальция, стронция, бария и магния — типичные основные оксиды. Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой. Оксид бериллия — амфотерный.
1. Оксиды кальция, стронция, бария и магния взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами:
Например, оксид магния взаимодействует с углекислым газом с образованием карбоната магния:
MgO + CO2 → MgCO3
2. Оксиды щелочноземельных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).
Например, оксид кальция взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида кальция и воды:
CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
3. Оксиды кальция, стронция и бария активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.
Например, оксид кальция взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция:
CaO + H2O → 2Ca(OH)2
Оксид магния реагирует с водой при нагревании:
MgO + H2O → Mg(OH)2
Оксид бериллия не взаимодействует с водой.
4. Оксид бериллия взаимодействует с щелочами и основными оксидами.
При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в расплаве или с основными оксидами образуются соли-бериллаты.
Например, оксид натрия реагирует с оксидом бериллия с образованием бериллата натрия:
Na2O + BeO → Na2BeO2
Например, гидроксид натрия реагирует с оксидом бериллия в расплаве с образованием бериллата натрия:
2NaOH + BeO → Na2BeO2 + H2O
При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в растворе образуются комплексные соли.
Например, оксид бериллия реагирует с гидроксидом калия с растворе с образованием тетрагидроксобериллата калия:
2NaOH + BeO + H2O → Na2[Be(OH)4]
Гидроксиды щелочноземельных металлов
Способы получения
1. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих оксидов с водой.
Например, оксид кальция (негашеная известь) при взаимодействии с водой образует гидроксид кальция (гашеная известь):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Оксид магния взаимодействует с водой только при нагревании:
MgO + H2O → Mg(OH)2
2. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих металлов с водой.
Например, кальций реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода:
2Ca + 2H2O → 2Ca(OH)2 + H2
Магний взаимодействует с водой только при кипячении:
2Mg + 2H2O → 2Mg(OH)2 + H2
3. Гидроксиды кальция и магния можно получить при взаимодействии солей кальция и магния с щелочами.
Например, нитрат кальция с гидроксидом калия образует нитрат калия и гидроксид кальция:
Ca(NO3)2 + 2KOH → Ca(OH)2↓ + 2KNO3
Химические свойства
1. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с всеми кислотами (и сильными, и слабыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.
Гидроксид магния взаимодействует только с сильными кислотами.
Например, гидроксид кальция с соляной кислотой реагирует с образова-нием хлорида кальция:
Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O
2. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.
Например, гидроксид бария с углекислым газом реагирует с образова-нием карбонатов или гидрокарбонатов:
Ba(OH)2(избыток) + CO2 → BaCO3 + H2O
Ba(OH)2 + 2CO2 (избыток) → Ba(HCO3)2
3. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли.
Например, гидроксид бария с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:
Ba(OH)2 + Al2O3 → Ba(AlO2)2 + H2O
в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:
Ba(OH)2 + Al2O3 + 3H2O → Ba[Al(OH)4]2
4. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.
Например: гидроксид кальция реагирует с гидрокарбонатом кальция с образованием карбоната кальция:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O
5. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода). Взаимодействие щелочей с неметаллами подробно рассмотрено в статье про щелочные металлы.
6. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с амфотерными металлами, кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:
Ca(OH)2 + Zn → CaZnO2 + H2
В растворе образуются комплексная соль и водород:
Ca(OH)2 + 2Al + 6Н2О = Ca[Al(OH)4]2 + 3Н2
7. Гидроксиды кальция, стронция и бария вступают в обменные реакции с растворимыми солями. Как правило, с этими гидроксидами реагируют растворимые соли тяжелых металлов (в ряду активности расположены правее алюминия), а также растворимые карбонаты, сульфиты, силикаты, и, для гидроксидов стронция и бария — растворимые сульфаты.
Например, хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом бария с образованием хлорида бария и осадка гидроксида железа (II):
Ba(OH)2 + FeCl2 = BaCl2+ Fe(OH)2↓
Также с гидроксидами кальция, стронция и бария взаимодействуют соли аммония.
Например, при взаимодействии бромида аммония и гидроксида кальция образуются бромид кальция, аммиак и вода:
2NH4Br + Ca(OH)2 = 2NH3 + 2H2O + CaBr2
8. Гидроксид кальция разлагается при нагревании до 580оС, гидроксиды магния и бериллия разлагаются при нагревании:
Mg(OH)2 → MgO + H2O
9. Гидроксиды кальция, стронция и бария проявляют свойства сильных оснований. В воде практически полностью диссоциируют, образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.
Ba(OH)2 ↔ Ba2+ + 2OH—
Гидроксид магния — нерастворимое основание. Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства.
10. Гидроксид и бериллия взаимодействует с щелочами. В расплаве образуются соли бериллаты, а в растворе щелочей — комплексные соли.
Например, гидроксид бериллия реагирует с расплавом гидроксида натрия:
Be(OH)2 + 2NaOH → Na2BeO2 + 2H2O
При взаимодействии гидроксида бериллия с избытком раствора щелочи образуется комплексная соль:
Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4]
Соли щелочноземельных металлов
Нитраты щелочноземельных металлов
Нитраты кальция, стронция и бария при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключение — нитрат магния. Он разлагается на оксид магния, оксид азота (IV) и кислород.
Например, нитрат кальция разлагается при нагревании на нитрит кальция и молекулярный кислород:
Ca(NO3)2 → Ca(NO2)2 + O2
Карбонаты щелочноземельных металлов
1. Карбонаты щелочноземельных металлов при нагревании разлагаются на оксид и углекислый газ.
Например, карбонат кальция разлагается при температуре 1200оС на оксид кальция и углекислый газ:
CaCO3 → CaO + CO2
2. Карбонаты щелочноземельных металлов под действием воды и углекислого газа превращаются в растворимые в воде гидрокарбонаты.
Например, карбонат кальция взаимодействует с углекислым газом и водой с образованием гидрокарбоната кальция:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2
3. Карбонаты щелочноземельных металлов взаимодействуют с более сильными кислотами с образованием новой соли, углекислого газа и воды.
Более сильные кислоты вытесняют менее сильные из солей.
Например, карбонат магния взаимодействует с соляной кислотой:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑+ H2O
4. Менее летучие оксиды вытесняют углекислый газ из карбонатов при сплавлении. К менее летучим, чем углекислый газ, оксидам относятся твердые оксиды — оксид кремния (IV), оксиды амфотерных металлов.
Менее летучие оксиды вытесняют более летучие оксиды из солей при сплавлении.
Например, карбонат кальция взаимодействует с оксидом алюминия при сплавлении:
CaCO3 + Al2O3 → Ca(AlO2)2 + CO2↑
Жесткость воды
Постоянная и временная жесткость
Жесткость воды — это характеристика воды, обусловленная содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, в основном кальция и магния (солей жесткости).
Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2 в воде.
Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием солей, не выделяющихся при кипячении из раствора: хлоридов (CaCl2) и сульфатов (MgSO4) кальция и магния.
Способы устранения жесткости
Существуют химические и физические способы устранения жесткости. Химические способы устранения временной жесткости:
1. Кипячение. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния распадаются на нерастворимые карбонаты, углекислый газ и воду:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
2. Добавление извести (гидроксида кальция). При добавлении щелочи растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Химические способы устранения постоянной жесткости — реакции ионного обмена, которые позволяют осадить ионы кальция и магния из раствора:
1. Добавление соды (карбоната натрия). Карбонат натрия связывает ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓+ 2NaCl
2. Добавление фосфатов. Фосфаты также связывают ионы кальция и магния:
3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl
К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются
легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.
Общая характеристика
От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств,
реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2:
- Be — 2s2
- Mg — 3s2
- Ca — 4s2
- Sr — 5s2
- Ba — 6s2
- Ra — 7s2
Природные соединения
В природе щелочноземельные металлы встречаются в виде следующих соединений:
- Be — BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл
- Mg — MgCO3 — магнезит, MgO*Al2O3 — шпинель, 2MgO*SiO2 — оливин
- Ca — CaCO3 — мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO4*2H2O — гипс, CaF2 — флюорит
Получение
Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов,
алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.
MgCl2 → (t) Mg + Cl2 (электролиз расплава)
CaO + Al → Al2O3 + Ca (алюминотермия — способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)
MgBr2 + Ca → CaBr2 + Mg
Химические свойства
- Реакции с водой
- Реакции с кислотами
- Реакции с неметаллами
- С оксидами других металлов
Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов.
Магний реагирует с водой только при нагревании.
Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2↑
Щелочноземельные металлы — активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород
из кислот:
Ba + HCl → BaCl2 + H2
Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных
металлов постоянная +2.
Mg + O2 → MgO (оксид магния)
Ca + I2 → CaI2 (йодид кальция)
При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.
Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)
Ca + N2 → (t) Ca3N2 (нитрид кальция)
Ca + H2 → (t) CaH2 (гидрид кальция)
Ba + C → (t) BaC2 (карбид бария)
Ba + TiO2 → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)
Оксиды щелочноземельных металлов
Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.
Получение
Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:
MgCO3 → (t) MgO + CO2
Ca(NO3)2 → (t < 560°C) Ca(NO2)2 + O2
Ca(NO3)2 → (t > 560°C) CaO + O2 + NO2
Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:
Химические свойства
Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO — амфотерного оксида.
- Реакции с кислотами и кислотными оксидами
- Реакция с водой
- Амфотерный оксид бериллия
BaO + HCl → BaCl2 + H2O
CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O
MgO + SO3 → MgSO4
CaO + CO2 → CaCO3
CaO + SiO2 → CaSiO3
В нее вступают все, кроме оксида бериллия.
CaO + H2O → Ca(OH)2
MgO + H2O → Mg(OH)2
Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей,
и с основаниями с образованием комплексных солей.
BeO + HCl → BeCl2 + H2O
BeO + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:
BeO + NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
BeO + Na2O → Na2BeO2
Гидроксиды щелочноземельных металлов
Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия — амфотерного гидроксида.
Получение
Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)2)
CaO + H2O → Ca(OH)2
Химические свойства
Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.
Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O
Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + CO2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется
слабый электролит (вода).
Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + NaOH
Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.
Be(OH)2 + HCl → BeCl2 + H2O
Be(OH)2 + NaOH → Na2[Be(OH)4]
Жесткость воды
Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов,
сульфатов и хлоридов.
Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.
Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить — каждый день. Временная жесткость воды устраняется
обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках — CaCO3 — бесспорное доказательство устранения жесткости:
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O
Также временную жесткость можно устранить, добавив Na2CO3 в воду:
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaHCO3
С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную
жесткость воды устраняют добавлением в воду Na2CO3:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaCl
MgSO4 + Na2CO3 + H2O → [Mg(OH)]2CO3↓ + CO2↑ + Na2SO4
Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках
котлов, труб, чайника.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Металлы IIА группы
- Металлы – простые вещества. Химические свойства щелочноземельных металлов во многом напоминают свойства щелочных металлов, а магний и бериллий имеют некоторые характерные особенности.
- Бериллий, магний и щелочноземельные металлы горят на воздухе.
2Be + O2 = 2BeO 2Mg + O2 = 2MgO
2Ba + O2 = 2BaO (до 500С) 2Ba + O2 = 2BaO2 (свыше 800С)
- Взаимодействие с неметаллами приводит к образованию бинарных соединений
N2 = Mg3N2 Be + Cl2 = BeCl2
- х соединений.
Са + S = СаS 2Mg + Si 
Mg2Si 3Mg +
- При комнатной температуре с водой реагируют только щелочноземельные металлы. Магний при нагревании.
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑ Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2↑
- Металлы IIА группы активно реагируют с разбавленными кислотами:
Mg + H2SO4(разб.) = MgSO4 + H2 Ве + 2HCl = ВеCl2 + Н2
- Взаимодействие с кислотами окислителями (азотной, концентрированной серной)
3Ве + 8HNO3 (разб. гор.) = 3Ве(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4Mg + 10HNO3(оч. разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4Ca + 10HNO3 (разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O
4Ca + 10HNO3 (оч. разб.) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O
4Са + 5H2SO4(конц.) = 4СаSO4 + H2S + 4H2O
- Бериллий не только образует амфотерные оксид и гидроксид, но и сам реагирует с щелочами в концентрированных растворах или при сплавлении:
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2 Be + 2NaOH Na2BeO2 + H2
- При взаимодействии с аммиаком образуются амиды и водород:
3Mg + 2NH3 Mg3N2 + 3H2
- Магний и кальций используют в качестве восстановителей.
MoO + Mg Mo + MgO V2O5 + 5Ca 5CaO + 2V
Магний восстанавливает из оксидов не только металлы, но и неметаллы.
2Mg + CO2 2MgO + C 2Mg + SiO2 Si + 2MgO (ниже 800°С)
2CO2 + 5Ca CaC2 + 4CaO 4Mg + SiO2 Mg2Si + 2MgO ( 1000°С)
- Cоединения металлов IIА группы
- Оксиды. Оксид магния, оксиды щелочноземельных металлов – основные. Вступают в реакции с водой, кислотными оксидами, кислотами. Оксид бериллия – амфотерный.
- CaO + H2O = Ca(OH)2 (реакция идет при комнатной температуре)
MgO + H2O(пар) = Mg(OH)2 (100° – 150°С)
- CaO + CO2 = CaCO3
- MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O MgO + 2HI = MgI2 + H2O
- Амфотерность оксида бериллия выражается в его способности реагировать как с кислотами, так и с щелочами при сплавлении или в растворе.
BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O
BeO + 2NaOH Na2BeO2 + H2O BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4]
- Окислительно-восстановительные реакции
BaO2 + 2H2SO4 + 2FeSO4 = BaSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2O
MgO + CO = Mg + CO2 MgO + C = Mg + CO
3BaO + Si = BaSiO3 + 2Ba
СaO + C CaC2 + CO
- Гидроксиды. Гидроксид магния, гидроксиды щелочноземельных металлов – характер основный, гидроксид бериллия – характер амфотерный.
- Сa(OH)2 (избыток) + CO2 = СaCO3 + H2O Ca(OH)2 + 2CO2(избыток) = Ca(HCO3)2
Ca(OH)2(избыток) + SO2 = CaSO3↓ + H2O Ca(OH)2 + 2SO2(избыток) = Ca(HSO3)2
- Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O
Ca(OH)2 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + 2H2O
3Mg(OH)2 + H3PO4 = (MgOH)3PO4 + 3H2O
- Mg(OH)2 MgO + H2O
- Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4]
- Соли.
- Са(НСО3)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O + 2CO2
Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O + 2СО2
СаСО3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
- (CH3COO)2Ca + Na2CO3 = CaCO3↓+ 2CH3COONa
Ba(NO3)2 + FeSO4 = Fe(NO3)2 + ↓BaSO4
- Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
Са(НСО3)2 CaCO3+ CO2 + H2O 2Ca(NO3)2 2CaO + 4NO2 + O2
Sr(HCO3)2 SrCO3 + CO2 + H2O
- CaCl2 Ca + Cl2
на катоде на аноде
- Окислительно-восстановительные реакции
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 3CaSiO3 + 5CO + 2P
Ca(ClO)2 + 4NaBr + 2H2O = CaCl2 + 4NaOH + 2Br2
CaCO3 + C CaC2 + 3CO
BaSO3 + H2O2 = BaSO4 + H2O SrSO3 + H2O2 = SrSO4 + H2O
CH3 – C – O – Ba – O – C – CH3 BaCO3 + CH3 – C – CH3
║ ║ ║
O O O
BaSO4 + 4C = BaS + 4CO BaSO4 + 4H2 = BaS + 4H2O
BaSO4 + 4CO = BaS + 4CO2 SrSO4 + 4CО SrS + 4CO2
- Бинарные соединения.
- CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑ Са3Р2 + 6Н2О = 2РН3↑ + 3 Са(ОН)2
- Mg2Si + 4H2O(хол.) = 2Mg(OH)2↓ + SiH4↑
Ba3N2 + 6H2O = ↓3Ba(OH)2 + 2NH3
- Mg3N2 + 3H2SO4 = 3MgSO4 + 2NH3↑ Mg3N2 + 8HBr = 3MgBr2 + 2NH4Br
5Ca3P2 + 16KMnO4 + 24H2SO4 = 5Ca3(PO4)2 + 16MnSO4 + 8K2SO4 + 24H2O
Ca3P2 + 2KMnO4 + 4H2O = 3Ca(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH + 2P
Ca3P2 + 8Cl2 + 8H2O = Ca3(PO4)2 + 16HCl
Ca3P2 (тв). + 8H2SO4(конц.) = Ca3(PO4)2 + 8SO2 + 8H2O
Ca3P2 + 22HNO3 = 3Ca(NO3)2 + 16NO2 + 2H3PO4 + 8H2O
3Ca3P2 + 8K2Cr2O7 + 64HCl = 3Ca3(PO4)2 + 16KCl + 16CrCl3 + 32H2O
Ca(ClO)2 + 4NaBr + 2H2O = CaCl2 + 4NaOH + 2Br2
IIА группа
1. К нерастворимой в воде соли белого цвета, которая встречается в природе в виде широко используемого в строительстве и архитектуре минерала, прилили раствор соляной кислоты, в результате соль растворилась, и выделился газ, при пропускании которого через известковую воду выпал осадок белого цвета; осадок растворился при дальнейшем пропускании газа. При кипячении полученного раствора выпадает осадок. Напишите уравнения описанных реакций.
2. Кальций растворили в воде. При пропускании через полученный раствор сернистого газа образуется осадок белого цвета, который растворяется при пропускании избытка газа. Добавление к полученному раствору щелочи приводит к образованию осадка белого цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
3. Раствор, полученный при пропускании сернистого газа через бромную воду, нейтрализовали гидроксидом бария. Выпавший осадок отделили, смешали с коксом и пркалили. При обработке продукта прокаливания хлороводородной кислотой выделился газ с запахом тухлых яиц. Напишите уравнения описанных реакций.
4. Кальций нагрели в атмосфере водорода. Продукт реакции обработали водой, выделяющийся газ пропустили над нагретым оксидом цинка, а в раствор добавили кальцинированную соду. Напишите уравнения описанных реакций.
5. Через баритовую воду пропускали углекислый газ. В полученный раствор добавили гидроксид бария, продукт реакции отделили и растворили в ортофосфорной кислоте.
Напишите уравнения описанных реакций.
6. Через раствор, полученный при гашении извести, пропустили газ, который образуется при получении негашеной извести из известняка; в результате выделяется белый осадок. При действии уксусной кислоты на полученный осадок выделяется тот же газ, который образуется при прокаливании карбоната кальция. Напишите уравнения описанных реакций.
7. Негашеную известь «погасили» водой. В полученный раствор пропустили газ, который выделяется при кальцинировании гидрокарбоната натрия, при этом наблюдали образование и последующее растворение осадка. Напишите уравнения описанных реакций.
8. Вещество, образующееся при сплавлении магния с кремнием, обработали водой, в результате образовался осадок и выделился бесцветный газ. Осадок растворили в соляной кислоте, а газ пропустили через раствор перманганата калия, при этом образовались два нерастворимых в воде бинарных вещества. Напишите уравнения описанных реакций.
9. Магниевую стружку нагрели в атмосфере азота и продукт реакции последовательно обработали кипящей водой, растворами серной кислоты и нитрата бария. Напишите уравнения описанных реакций
10. Негашеную известь прокалили с избытком кокса. Продукт реакции после обработки водой используется для поглощения сернистого и углекислого газов. Напишите уравнения описанных реакций.
11. Магний нагрели в сосуде, наполненном газообразным аммиаком. Образовавшееся вещество растворили в концентрированном растворе бромоводородной кислоты, раствор выпарили и остаток нагрели до появления запаха, после чего добавили раствор щелочи. Напишите уравнения описанных реакций.
12. Магниевый порошок смешали с кремнием и нагрели. Продукт реакции обработали холодной водой и выделяющийся газ пропустили через горячую воду. Образовавшийся осадок отделили, смешали с едким натром и нагрели до плавления. Напишите уравнения описанных реакций.
13. Простое вещество, полученное при нагревании фосфата кальция с коксом и оксидом кремния, сплавили с металлическим кальцием. Продукт реакции обработали водой, а выделяющийся газ собрали и пропустили через раствор соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.
14. Фосфат кальция прокалили с углём в присутствии речного песка. Образовавшееся простое вещество прореагировало с избытком хлора. Полученный продукт внесли в избыток раствора гидроксида калия. На образовавшийся раствор подействовали известковой водой. Напишите уравнения описанных реакций.
15) Металлический кальций прокалили в атмосфере азота. Продукт реакции обработали водой, выделившийся при этом газ пропустили в раствор нитрата хрома (III). Выпавший в ходе процесса серо-зеленый осадок обработали щелочным раствором пероксида водорода.
Напишите уравнения описанных реакций.
16) Смесь порошков нитрита калия и хлорида аммония растворили в воде и раствор осторожно нагрели. Выделившийся газ прореагировал с магнием. Продукт реакции внесли в избыток раствора соляной кислоты, при этом выделение газа не наблюдалось. Полученную магниевую соль в растворе обработали карбонатом натрия. Напишите уравнения описанных реакций.
17) Магний растворили в разбавленной азотной кислоте, причем выделение газа не наблюдалось. получившийся раствор обработали избытком раствора гидроксида калия при нагревании. Выделившийся при этом газ сожгли в кислороде. Напишите уравнения описанных реакций.
18) Нитрат натрия сплавили с оксидом хрома (III) в присутствии карбоната натрия. выделившийся при этом газ прореагировал с избытком гидроксида кальция с выпадением осадка белого цвета. Осадок растворили в избытке раствора бромоводородной кислоты и в полученный раствор добавили раствор нитрата серебра до прекращения выпадения осадка. Напишите уравнения описанных реакций.
19) Фосфид кальция обработали соляной кислотой. Выделившийся газ сожгли в закрытом сосуде, продукт горения полностью нейтрализовали раствором гидроксида калия. К полученному раствору прилили раствор нитрата серебра. Напишите уравнения описанных реакций.
20) Оксид кремния прокалили с большим избытком магния. Полученную смесь веществ обработали водой. При этом выделился газ, который сожгли в кислороде. Твердый продукт сжигания растворили в концентрированном растворе гидроксида цезия. Напишите уравнения описанных реакций.
21) Магний нагрели в атмосфере азота. При добавлении к полученному веществу воды выделился газ, который пропустили над нагретым оксидом свинца (II). Полученное твердое вещество темного цвета растворили в разбавленной азотной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.
22) Щавелевую кислоту нагрели с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ сначала пропустили над нагретым оксидом меди (II), а полученный газ пропустили через раствор гидроксида кальция до тех пор, пока первоначально выпавший осадок не растворился. Напишите уравнения описанных реакций.
23) Барий растворили в воде. К полученному раствору добавили сульфат калия, выпавший осадок отфильтровали, после чего через горячий фильтрат пропустили газообразный хлор. Реакционную массу выпарили, а затем прокалили до образования одной соли. Напишите уравнения описанных реакций.
24) Магний растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору последовательно добавили гидроксид натрия, бромоводородную кислоту, фосфат натрия. Напишите уравнения описанных реакций.
25) Барий растворили в разбавленной азотной кислоте, при этом выделился бесцветный газ – несолеобразующий оксид. Полученный раствор разделили на три части. Первую выпармлм досуха, полученный осадок прокалили. Ко второй части добавили раствор сульфата натрия до прекращения выделения осадка; к третьей добавили раствор карбоната натрия. Напишите уравнения описанных реакций.
26) Сульфат бария сплавили с коксом. Твердый остаток растворили в соляной кислоте, выделившийся газ вступил в реакцию оксидом серы (IV), а раствор – с сульфитом натрия. Напишите уравнения описанных реакций.
IIА группа
1) СаСО3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
2) Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3↓ + H2O
CaSO3 + SO2 + H2O = Ca(HSO3)2
Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaSO3↓ + 2H2O
3) SO2 + Br2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4
H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2H2O
BaSO4 + 4С BaS + 4CO↑
BaS + 2HCl = ВaCl2 + H2S↑
4) Са + H2 CaH2
СаH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
ZnO + H2 Zn + H2O
Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaOH
5) Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O
BaСО3 + CO2 + H2O = Вa(HCO3)2
Вa(HCO3)2 + Ba(OH)2 = 2BaCO3↓ + 2H2O
BaCO3 + 2Н3РО4 = СО2 + H2O + Ва(Н2РО4)2
6) СаСО3 СаО + СО2↑
СаО + Н2О = Са(ОН)2
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
CaCO3 + 2СН3СООН = (СН3СОО)2Са + СО2 ↑ + H2O
7) CaO + H2O = Ca(OH)2
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2↑ + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
2Mg + Si Mg2Si
Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2↓ + SiH4↑
Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O
3SiH4 + 8KMnO4 = 8MnO2 ↓ + 3SiO2 ↓ + 8KOH + 2H2O
9) 3Mg + N2 Mg3N2
Mg3N2 + 6H2O(гор.) = 3Mg(OH)2↓ + 2NH3↑
Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O
MgSO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓ + Mg(NO3)2
10) СaO + C CaC2 + CO↑
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
или Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3↓ + H2O
или Ca(OH)2 + 2SO2 = Ca(HSO3)2
11) 3Mg + 2NH3 Mg3N2 + 3H2↑
Mg3N2 + 8HBr = 3MgBr2 + 2NH4Br
NH4Br NH3↑ + HBr↑
MgBr2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaBr
12) 2Mg + Si Mg2Si
Mg2Si + 4H2O(хол.) = 2Mg(OH)2↓ + SiH4↑
SiH4+ 2H2O(гор.) = SiO2 + 4Н2
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
13) Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 3CaSiO3 + 5CO + 2P
3Ca + 2P Ca3P2
Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2↓ + 2PH3↑
PH3 + HCl = PH4Cl
14) Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 3CaSiO3 + 5CO + 2P
2P + 5Cl2 = 2PCl5
PCl5 + 8KOH = K3PO4 + 5KCl + 4H2O
2K3PO4 + 3Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2↓ + 6KOH
15) 3Ca + N2 = Ca3N2
Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3↑
3NH3 + 3H2O + Cr(NO3)3 = Cr(OH)3↓ + 3NH4NO3
2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4KOH = 2K2CrO4 + 8H2O
16) KNO2 + NH4Cl KCl + N2↑ + 2H2O
3Mg + N2 = Mg3N2
Mg3N2 + 8HCl = 3MgCl2 + 2NH4Cl
2MgCl2 + 2Na2CO3 + H2O = (MgOH)2CO3↓ + CO2↑ + 4NaCl
17) 4Mg + 10HNO3(оч. разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Mg(NO3)2 + 2KOH = Mg(OH)2↓ + 2KNO3
NH4NO3 + KOH NH3↑ + KNO3 + H2O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
18) 3NaNO3 + Cr2O3 + 2Na2CO3 = 2Na2CrO4 + 2CO2↑ + 3NaNO2
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
CaCO3 + 2HBr = CaBr2 + CO2↑ + H2O
CaBr2 + 2AgNO3 = 2AgBr↓ + Ca(NO3)2
19) Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2PH3↑
PH3 + 2O2 = H3PO4
H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O
K3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3KNO3
20) SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si
2Mg + Si = Mg2Si или
SiO2 + 4Mg = 2MgO + Mg2Si
Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2↓ + SiH4↑
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O
SiO2 + 2CsOH = Cs2SiO3 + H2O
21) 3Mg + N2 = Mg3N2
Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3
2NH3 + 3PbO = 3Pb + N2 + 3H2O
3Pb + 8HNO3 = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
22) H2C2O4 H2O + CO↑ + CO2↑
CO + CuO = Cu + CO2
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
23) Ba + 2HCl = BaCl2 + H2
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl
BaSO4 + 4C BaS + 4CO
3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2
24) 4Mg + 10HNO3(разб.) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
Mg(NO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaNO3
Mg(OH)2 + 2HBr = MgBr2 + 2H2O
3MgBr2 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 6NaBr
25) 4Ba + 10HNO3(разб.) = Ba(NO3)2 + N2O + 5H2O
Ba(NO3)2 Ba(NO2)2 + O2
Ba(NO3)2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaNO3
Ba(NO3)2 + Na2CO3 = BaCO3↓ + 2NaNO3
26) BaSO4 + 4C BaS + 4CO
BaS + 2HCl = ВaCl2 + H2S↑
H2S + SO2 = 2H2O + 3S↓
BaCl2 + Na2SO3 = BaSO3↓ + 2NaCl
Химические свойства щелочных металлов ($Na, K$)
Щелочные металлы — это элементы главной подгруппы I группы Периодической системы. На внешнем энергетическом уровне атомы этих элементов содержат по одному электрону, находящемуся на большом удалении от ядра. Они легко отдают этот электрон, поэтому являются сильными восстановителями. Во всех соединениях щелочные металлы проявляют степень окисления $+1$. Все они типичные металлы, имеют серебристо-белый цвет, мягкие (режутся ножом), легкие и легкоплавкие. Активно взаимодействуют со всеми неметаллами:
Все щелочные металлы при взаимодействии с кислородом (исключение — $Li$) образуют пероксиды. В свободном виде щелочные металлы не встречаются из-за их высокой химической активности.
Оксиды — твердые вещества, имеют основные свойства. Их получают, прокаливая пероксиды с соответствующими металлами:
Гидроксиды $NaOH, KOH$ — твердые белые вещества, гигроскопичны, хорошо растворяются в воде с выделением теплоты, их относят к щелочам:
Соли щелочных металлов почти все растворимы в воде. Важнейшие из них: $Na_2CO_3$ — карбонат натрия; $Na_2CO_3·10H_2O$ — кристаллическая сода; $NaHCO_3$ — гидрокарбонат натрия, пищевая сода; $K_2CO_3$ — карбонат калия, поташ; $Na_2SO_4·10H_2O$ — глауберова соль; $NaCl$ — хлорид натрия, пищевая соль.
Химические свойства щелочноземельных металлов ($Ca, Mg$)
Кальций ($Ca$) является представителем щелочноземельных металлов, как называют элементы главной подгруппы II группы, но не все, а только начиная с кальция и вниз по группе. Это те химические элементы, которые, взаимодействуя с водой, образуют щелочи. Кальций на внеш нем энергетическом уровне содержит два электрона, степень окисления $+2$.
Физические и химические свойства кальция и его соединений представлены в таблице.
Магний ($Mg$) имеет такое же строение атома, как и кальций, степень его окисления также $+2$. Мягкий металл, но его поверхность на воздухе покрывается защитной пленкой, что немного снижает его химическую активность. Его горение сопровождается ослепительной вспышкой. $MgO$ и $Mg(OH)_2$ проявляют основные свойства. Хотя $Mg(OH)_2$ и малорастворим, но окрашивает раствор фенолфталеина в малиновый цвет.
Оксиды $MgO$ — твердые белые тугоплавкие вещества. В технике $CaO$ называют негашеной известью, а $MgO$ — жженой магнезией, их используют в производстве строительных материалов.
Реакция оксида кальция с водой сопровождается выделением теплоты и называется гашением извести, а образующийся $Ca(OH)_2$ — гашеной известью. Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой, а белая взвесь $Ca(OH)_2$ в воде — известковым молоком.
Соли магния и кальция получают взаимодействием их с кислотами.
$CaCO_3$ — карбонат кальция, мел, мрамор, известняк. Применяется в строительстве. $MgCO_3$ — карбонат магния — применяется в металлургии для освобождения от шлаков. $CaSO_4·2H_2O$ — гипс. $MgSO_4$ — сульфат магния — называют горькой, или английской, солью, содержится в морской воде. $BaSO_4$ — сульфат бария — благодаря нерастворимости и способности задерживать рентгеновские лучи применяется в диагностике («баритовая каша») желудочно-кишечного тракта.
На долю кальция приходится $1,5%$ массы тела человека, $98%$ кальция содержится в костях.
Кальций и его соединения.
| Кальций | Оксид и гидроксид кальция | Соли кальция |
| 1. Серебристо-белый металл. 2. Активный металл, окисляется простыми веществами — неметаллами: $2Ca+O_2=2CaO$ $Ca+Cl_2=CaCl_2$ $Ca+S=CaS$ $Ca+H_2=CaH_2$ 3. Вытесняет водород из воды: $Ca+2H_2O=Ca(OH)_2+H_2↑$ 4. Вытесняет металлы из их оксидов (кальциотермия): $2Ca+ThO_2=Th+2CaO$ Получение Разложение электрическим током расплава хлорида кальция: $CaCl_2=Ca+Cl_2↑$ |
1. Порошки белого цвета. 2. Оксид кальция (негашеная известь) проявляет свойства основного оксида: а) взаимодействует с водой с образованием основания: $CaO+H_2O=Ca(OH)_2$ б) взаимодействует с кислотными оксидами: $CaO+SiO_2=CaSiO_3$ 3. Гидроксид кальция проявляет свойства сильного основания: $Ca(OH)_2=Ca^{2+}+2OH^{–}$ $Ca(OH)_2+CO_2=CaCO_3↓+H_2O$; $Ca(OH)_2+Ca(HCO_3)_2=2CaCO_3↓+2H_2O$$ Получение 1. Оксида — обжиг известняка: $CaCO_3=CaO+CO_2↑$ 2. Гидроксида — гашение негашеной извести: $CaO+H_2O=Ca(OH)_2$ |
1. Образует нерастворимый карбонат: $Ca^{2+}+CO_3^{2−}=CaCO_3↓$ и растворимый гидрокарбонат: $CaCO_{3(кр)}+CO_2+H_2O=Ca(HCO_3)_{2(р-р)}$ 2. Образует нерастворимый фосфат: $3Сa_{2+}+2PO_4^{3−}=Ca_3(PO_4)_2↓$ и растворимый дигидрофосфат: $Ca_3(PO_4)_{2(кр)}+4H_3PO_4=3Ca(H_2PO_4)_{2(р-р)}$ 3. Гидрокарбонат разлагается при кипячении или испарении раствора: $Ca(HCO_3)_2=CaCO_3↓+CO_2↑+H_2O$ 4. Обожженный природный гипс: $CaSO_4·2H_2O=CaSO_4·0,5H_2O+1,5H_2O$ затвердевает при взаимодействии с водой, снова образуя кристаллогидрат: $CaSO_4·0,5H_2O+1,5H_2O=CaSO_4·2H_2O$ |
Металлы подготовка к егэ по химии
Щелочноземельные металлы
К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.
Общая характеристика
От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
- Be — 2s 2 Mg — 3s 2 Ca — 4s 2 Sr — 5s 2 Ba — 6s 2 Ra — 7s 2
Природные соединения
- Be — BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл Mg — MgCO3 — магнезит, MgO*Al2O3 — шпинель, 2MgO*SiO2 — оливин Ca — CaCO3 — мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO4*2H2O — гипс, CaF2 — флюорит
Получение
Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.
MgCl2 → (t) Mg + Cl2 (электролиз расплава)
CaO + Al → Al2O3 + Ca (алюминотермия — способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)
Химические свойства
- Реакции с водой
Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании.
Щелочноземельные металлы — активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот:
Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.
Mg + O2 → MgO (оксид магния)
При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.
Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)
Ca + H2 → (t) CaH2 (гидрид кальция)
Ba + C → (t) BaC2 (карбид бария)
Ba + TiO2 → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)
Оксиды щелочноземельных металлов
Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.
Получение
Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:
Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:
Химические свойства
Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO — амфотерного оксида.
- Реакции с кислотами и кислотными оксидами
В нее вступают все, кроме оксида бериллия.
Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.
BeO + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:
BeO + NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
Гидроксиды щелочноземельных металлов
Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия — амфотерного гидроксида.
Получение
Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)2)
Химические свойства
Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.
Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).
Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.
Жесткость воды
Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.
Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.
Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить — каждый день. Временная жесткость воды устраняется обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках — CaCO3 — бесспорное доказательство устранения жесткости:
Также временную жесткость можно устранить, добавив Na2CO3 в воду:
С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na2CO3:
Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
- Реакции с кислотами и кислотными оксидами
BeO NaOH H 2 O Na 2 Be OH 4 тетрагидроксобериллат натрия.
Studarium. ru
06.02.2018 5:47:03
2018-02-06 05:47:03
Источники:
Https://studarium. ru/article/180
Обобщающее занятие по теме: Металлы | Урок 37. Подготовка к ЕГЭ по Химии. Онлайн курсы | EXAMMY » /> » /> .keyword { color: red; } Металлы подготовка к егэ по химии
Подготовка к ЕГЭ по Химии | Задание 314 из 410
Подготовка к ЕГЭ по Химии | Задание 314 из 410
В этом уроке мы закрепим все ранее изученные свойства элементов металлов главных и побочных подгрупп и порешаем задания из ЕГЭ по этим темам.
Просмотр данного видеоурока доступен на тарифе Премиум
Домашнее задание
- 1. Сделайте конспект урока 2. Пройдите тест по теме (по кнопке Далее) 3. Выполните задания к уроку (по кнопке Далее)
Дополнительные материалы
Остались вопросы? Задайте свой вопрос в сообщество учеников и преподавателей EXAMMY!
Подготовка к ЕГЭ по Химии | Задание 314 из 410
В этом уроке мы закрепим все ранее изученные свойства элементов металлов главных и побочных подгрупп и порешаем задания из ЕГЭ по этим темам.
Выполните задания к уроку по кнопке Далее.
Exammy. ru
11.12.2019 8:15:51
2019-12-11 08:15:51
Источники:
Https://exammy. ru/courses/podgotovka-ege-himiya/metally-obobschauschee-zanyatie/
Металлы IIA группы | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии » /> » /> .keyword { color: red; } Металлы подготовка к егэ по химии
Металлы IIA группы
Металлы IIA группы
Главную подгруппу II группы составляют бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. На внешнем электронном слое у них находится по два легко теряемых s-электрона. Во всех соединениях они проявляют степень окисления +2, их активность возрастает с увеличением атомного номера. Все они (за исключением бериллия, проявляющего амфотерные свойства) – металлы, по свойствам близкие к щелочным, их химические связи с неметаллами носят ионный характер. В свободном состоянии это твердые серебристо-белые вещества.
Общая характеристика элементов II а группы
•Металлы главной подгруппы II группы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns², и являются s-элементами.
Физические свойства простых веществ
Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.
Химические свойства
1. Реакция с водой.
В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием щелочей:
2. Реакция с кислородом.
Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO2:
3. С другими неметаллами образуют бинарные соединения:
Ba + S → BaS (сульфиды)
Ca + 2C → CaC2 (карбиды)
Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.
4. Все щелочноземельные металлы растворяются в кислотах:
5. Бериллий растворяется в водных растворах щелочей:
6. Летучие соединения щёлочноземельных металлов придают пламени характерный цвет:
Соединения кальция — кирпично-красный, стронция — карминово-красный, а бария — желтовато-зелёный.
Металлы IIA группы
Главную подгруппу II группы составляют бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. На внешнем электронном слое у них находится по два легко теряемых s-электрона. Во всех соединениях они проявляют степень окисления +2, их активность возрастает с увеличением атомного номера. Все они (за исключением бериллия, проявляющего амфотерные свойства) – металлы, по свойствам близкие к щелочным, их химические связи с неметаллами носят ионный характер. В свободном состоянии это твердые серебристо-белые вещества.
•Металлы главной подгруппы II группы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns², и являются s-элементами.
Ba S BaS сульфиды.
Www. yoursystemeducation. com
25.01.2020 20:38:48
2020-01-25 20:38:48
Источники:
Https://www. yoursystemeducation. com/metally-iia-gruppy/
IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.
Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.
Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:
Ме0 – 2e— → Ме+2
Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.
Взаимодействие с простыми веществами
с кислородом
Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.
Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):
2Mg + O2 = 2MgO
2Ca + O2 = 2CaO
2Ba + O2 = 2BaO
Ba + O2 = BaO2
Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.
с галогенами
Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:
Мg + I2 = MgI2 – иодид магния
Са + Br2 = СаBr2 – бромид кальция
Ва + Cl2 = ВаCl2 – хлорид бария
с неметаллами IV–VI групп
Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.
Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:
Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:
С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):
с водородом
Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.
Взаимодействие со сложными веществами
с водой
Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:
c кислотами-неокислителями
Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:
Ве + Н2SO4(разб.) = BeSO4 + H2↑
Mg + 2HBr = MgBr2 + H2↑
Ca + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2↑
c кислотами-окислителями
− разбавленной азотной кислотой
С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):
4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
4Mg + 10HNO3(сильно разб.) = 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O
− концентрированной азотной кислотой
Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:
Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.
− концентрированной серной кислотой
Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:
Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O
Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.
Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:
4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O
с щелочами
Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:
Be + 2KOH + 2H2O = H2↑ + K2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат калия
При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород
Be + 2KOH = H2↑+ K2BeO2 — бериллат калия
с оксидами
Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:
Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.
Автор: С.И. Широкопояс https://scienceforyou.ru/
Щелочные металлы
Щелочные металлы — это элементы главной подгруппы I группы Периодической системы химических элементов Менделеева (ПСМ) (кроме водорода).
Задание 9.1. Назовите все щелочные металлы. Составьте схемы строения атомов натрия и калия. Укажите распределение их валентных электронов.
На внешнем уровне у атомов таких металлов находится по 1 электрону, но расстояние до ядра, а значит, и притяжение к нему, у этих электронов различно.
Вопрос. У какого элемента (натрия или калия) внешние электроны дальше от ядра?
Чем дальше электроны от ядра, тем слабее они притягиваются к нему, тем легче данный атом отдаёт электроны. А это означает, что металлические свойства выражены тем ярче, чем дальше валентные электроны от ядра (при прочих равных условиях). Поэтому сверху вниз в каждой главной подгруппе увеличивается число энергетических уровней в атомах, растёт металлическая активность элементов, т. е. способность их атомов отдавать электроны.
Вопрос. Какой металл более активный: натрий или калий?
Таким образом, активность щелочных металлов возрастает
Но поскольку на внешнем уровне любого щелочного металла находится один электрон, в любой химической реакции щелочные металлы могут отдать только один электрон. Значит, они имеют постоянную валентность I и образуют оксиды состава
Этот оксид растворяется в воде, реагирует с нею:
Полученное основание — щёлочь.
Вопрос. Что такое щёлочь? (См. урок 2.3.)
В подгруппе сверху вниз увеличивается и сила оснований, т. е. способность диссоциировать в водных растворах на ионы. Самой сильной щёлочью является CsOH.
Растворы щелочей мылкие на ощупь, разъедают кожу и ткани (щёлочи — едкие!), изменяют окраску индикаторов. Поскольку все металлы главной подгруппы I группы образуют щёлочи, — их называют «щелочные металлы».
Рассмотрим свойства щелочных металлов на примере натрия. При этом будем придерживаться схемы, изложенной начале второй части.
Строение атома Nа изображается схемой:
Имея один валентный электрон (…3s1), натрий является активным металлом с постоянной валентностью I:
Простое вещество «натрий» — очень лёгкий (легче воды) серебристо-белый металл, который легко режется ножом. Натрий активно реагирует с кислородом, водородом, неметаллами, водой:
Вопрос. Почему атом серы присоединил 2 электрона?
Задание 9.2. Составьте уравнения реакций натрия с хлором Cl2, азотом N2 и водой (при затруднениях см. пояснения в уроке 7).
Даже небольшие кусочки натрия (величиной с горошину) при попадании в воду вызывают оглушительный взрыв — это взрывается водород (см. урок 12). Тот же эффект будет, если натрий опустить в раствор кислоты или соли. Кроме того, здесь возможны более сложные побочные процессы. Поэтому составлять уравнения реакций для щелочных металлов в качестве примеров процессов
- металл + раствор кислоты →
- металл + раствор соли →
не рекомендуется.
Натрий образует основный оксид Nа2O, который реагирует с водой, с кислотами и кислотными оксидами (см. урок 2.1), например:
Задание 9.3. Составьте уравнения реакций оксида натрия с водой и с серной кислотой.
Гидроксид натрия NaOH (едкий натр, каустическая сода) проявляет все свойства щелочей: реагирует с кислотными оксидами, кислотами, растворами солей (см. урок 2.3), например:
Все соединения натрия окрашивают пламя в жёлтый цвет. Это качественная реакция на соединения натрия.
Задание 9.4. Составьте уравнения реакций гидроксида натрия с хлоридом железа III, фосфорной кислотой, оксидом серы IV. (При затруднениях см. урок 2.3.)
Задание 9.5. Опишите по разобранной схеме свойства калия и его соединений.
Многие соединения натрия нашли применение в быту и промышленности. Так, каустическая сода NаОН применяется для получения мыла, в производстве алюминия, искусственных волокон и др. Кальцинированная сода Na2CO3 также применяется при получении мыла, а также при варке стекла, стирке белья и др. Но в пищу эти «соды» не употребляются! При приготовлении пищи используют питьевую соду NaHCO3 и поваренную соль NaCl. Питьевая сода используется при лечении простуды, её кладут в печенье, пирожки. Без соли NaCl почти любая еда покажется невкусной, без неё невозможно законсервировать мясо, овощи, грибы. Эти вещества применяются и в технических целях.
Щелочноземельные металлы
Металлы главной подгруппы II группы в отличие от щелочных металлов имеют довольно разные свойства.
Вопросы
- Сколько электронов на внешнем уровне атомов этих металлов?
- Какой металл более активен: натрий или магний? Почему?
Эти металлы имеют на внешнем уровне по 2 электрона, следовательно, они менее активны, чем их «соседи» — щелочные металлы, так как на отрыв двух электронов нужно затратить больше энергии, чем на отрыв одного электрона.
Вопрос. Как изменяется активность металлов в подгруппе сверху вниз? Почему?
В этой подгруппе, как и у щелочных металлов, сверху вниз увеличивается сила оснований, т. е. способность диссоциировать в водных растворах на ионы. Кроме того, увеличивается заряд иона, а значит, усиливается притяжение группы ОН в гидроксиде металла: ионы Na+ и OH– притягиваются слабее, чем Са2+ и ОН–.
Поэтому первые два элемента этой подгруппы не образуют щелочей:
Кальций уже образует сильное основание — щёлочь, а стронцию и барию соответствуют ещё более сильные основания.
Запомните: Ca, Sr, Ba — щелочноземельные* металлы, так как их оксиды проявляют щелочные свойства.
* «Земли» — устаревшее название оксидов металлов, так как эти оксиды входят в состав земли (почвы).
Несмотря на эти различия, перечисленные элементы имеют много сходного в свойствах.
Вопрос. Какую валентность проявляют эти химические элементы в соединениях?
Главное сходство химических элементов главной подгруппы II группы заключается в том, что они проявляют в соединениях постоянную валентность II, так как на внешнем уровне имеют по два электрона, а на предвнешнем уровне нет незавершённых подуровней.
Рассмотрим свойства химических элементов главной подгруппы II группы на примере кальция. Строение атома кальция изображается схемой:
Имея два валентных электрона: …4s2, кальций является активным металлом, поскольку оба электрона расположены на внешнем уровне. Его постоянная валентность равна двум:
Простое вещество «кальций» — довольно прочный, серебристо-белый умеренно твёрдый металл. Активно реагирует с кислородом, водородом, неметаллами, водой, растворами кислот:
Рассмотрим как происходит взаимодействие кальция с азотом:
Вопрос. Почему атом азота присоединяет три электрона?
Задание 9.6. Составьте уравнения реакций кальция с кислородом, хлором (Cl2), серой, водой, соляной кислотой.
Оксид кальция CaO (негашёная известь) очень активно реагирует с водой с выделением такого большого количества теплоты, что вода закипает:
Этот процесс называется «гашением извести», а систему называют «кипелкой».
Вопрос. С какими ещё веществами может реагировать оксид кальция?
Как основный оксид CaO реагирует с кислотными оксидами и с кислотами:
- CaO + SO2 → СаSO3
- CaO + НNO3 → … (закончить уравнение этой реакции).
Гидроксид кальция Са(ОН)2 (гашёная известь) проявляет все свойства щелочей.
Вопрос. С какими веществами могут реагировать щелочи? (При затруднении см. урок 2.3.)
Задание 9.7. Составить уравнения реакций:
- Са(ОН)2 + СO2 →
- Са(ОН)2 + H3PO4 →
- Са(ОН)2 + Na2CO3 →
Прозрачный раствор гидроксида кальция в воде называется известковой водой. Она мутнеет при пропускании через неё углекислого газа:
Этот эффект реакции считают качественным признаком того, что в данном растворе присутствуют ионы кальция. Убедиться в этом поможет также реакция с пламенем: все соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.
Задание 9.8. Опишите по предложенной схеме свойства магния и его соединений.
Многие соединения кальция играют заметную роль в нашей жизни. Достаточно сказать, что фосфат кальция, карбонат кальция составляют основу костей, зубов. Без ионов кальция не может свертываться кровь. Без соединений кальция невозможно построить дом, так как известь (гашёная и негашёная) обеспечивает скрепление строительных блоков друг с другом:
Образование в результате этих реакций прочных нерастворимых карбонатов и силикатов кальция надёжно скрепляет стены. Аналогичные реакции происходят при схватывании цемента.
Оксид кальция в больших количествах получают обжигом известняка:
Карбонат кальция СаСО3 составляет основу мела, мрамора, известняка. Из него состоят целые горы и пласты земной коры. Под действием воды и углекислого газа из воздуха карбонат кальция переходит в водорастворимое состояние — гидрокарбонат кальция:
Аналогичные процессы происходят и с карбонатами магния. В результате этих и других процессов в природной воде появляются ионы кальция и магния.
Вода, содержащая ионы кальция и магния, называется ЖЁСТКОЙ.
Этот термин возник из-за того, что некоторые овощи и плоды под действием такой воды становятся жёсткими: ионы кальция и магния вступают в реакцию с органическими компонентами плодов и овощей.
Чаще всего жёсткая вода приносит неприятности: долго развариваются продукты, плохо моет мыло (см. урок 24.4), на стенках котлов и труб появляется слой накипи, что может привести к авариям:
Накипь, конечно, можно растворить при помощи соляной кислоты:
Задание 9.10. Можно ли растворить накипь при помощи серной, азотной, фосфорной кислот? Ответ подтвердите ионно-молекулярными уравнениями реакций.
Но лучше всего в случаях, когда жёсткость воды повышена, а это нежелательно, умягчать воду. Для этого ионы кальция и магния нужно перевести в нерастворимое состояние.
Вопрос. Умягчается ли вода при кипячении?
Частично вода умягчается при кипячении, так как при этом растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты. Но некоторые соли кальция и магния (сульфаты, хлориды) при нагревании не изменяются. В этом случае в воду добавляют вещества, образующие с ионами кальция и магния осадки.
Задание 9.11. Какие из солей: кальцинированная сода, фосфат натрия, поваренная соль — устраняют жёсткость воды? Ответ подтвердить ионными уравнениями реакций, считая, что в состав воды входит сульфат кальция.
Чаще всего для умягчения воды используют кальцинированную соду Na2CO3:
Кальцинированная сода входит в состав стиральных порошков, которые также содержат и фосфаты. Эти вещества «автоматически» смягчают воду при стирке.
Выводы
Щелочные металлы — это простые вещества, которые образованы элементами главной подгруппы первой группы. Это очень активные металлы, которые образуют с водой сильные растворимые основания — щёлочи.
Щелочноземельные металлы — это простые вещества, которые образованы некоторыми элементами главной подгруппы второй группы Ca, Sr, Ba. Это очень активные металлы, которые образуют с водой щёлочи. Ионы кальция и магния делают воду жёсткой.