Опыт 1.(Демонстрационный). Взаимодействие натрия (калия) с кислородом.

Достать небольшой кусочек натрия (калия) (с горошину) пинцетом из сосуда, где он хранился под керосином, осушить фильтровальной бумагой и разрезать скальпелем на две части. Свежий срез имеет блестящий серебристо-белый цвет, однако через некоторое время поверхность среза тускнеет. Что происходит? Написать уравнение реакции. Кусочек металла поместить в металлическую ложечку или тигель для сжигания и нагреть над пламенем горелки. Написать уравнение реакции, учитывая, что натрий, сгорая, образует перекись натрия Na₂O₂.

 

 

Опыт 2.(Демонстрационный) Окислительные свойства Na₂O₂.

Полученную в опыте 1 перекись натрия перенести в пробирку и налить в неё немного разбавленного раствора H₂SO₄ и несколько капель КI. В пробирке образуется свободный иод. Убедитесь в этом по цвету и запаху раствора или с помощью крахмального клейстера. Протекающая реакция выражается схемой:

Na₂O₂ + H₂SO₄ + KI ® I₂ +...

Составить уравнение реакции, имея в виду, что ион О₂^2- является окислителем в кислой среде и реагирует следующим образом:

О₂^2- + 4Н⁺ + 2 е ® 2 Н₂О

 

Опыт 3 (Демонстрационный) Действие натрия на воду.

Налить в широкий стакан (фарфоровую чашку) до половины объёма воды, опустить в него кусочек натрия, быстро прикрыть стакан часовым стеклом и наблюдать за протеканием реакции. Почему кусочек металла “бегает”? После окончания опыта убедитесь в щелочной реакции содержимого стакана действием двух-трех капель фенолфталеина. Написать уравнение реакции.

Какую интенсивность реакции с водой можно ожидать от калия и других щелочных металлов?

 

Опыт 4. (Демонстрационный) Открытие ионов щелочных металлов по окрашиванию пламени.

Нихромовую проволоку подержать некоторое время в соляной кислоте и прокалить в пламени горелки. Затем опустить проволоку в раствор соли лития и внести в бесцветное пламя горелки. В какой цвет окрасилось пламя? Так же поступить с солями калия и натрия (натрий - в последнюю очередь), каждый раз предварительно очищая проволоку в кислоте. В какой цвет окрашивают пламя ионы калия и натрия?

 

Контрольные вопросы.

1. Чем объяснить высокую активность щелочных металлов?

2. Какова электронная структура атомов щелочных металлов?

3. Как изменяются радиусы атомов, потенциалы ионизации, окислительно-восстановительные свойства элементов I А подгруппы по группе периодической системы Д.И. Менделеева?

4. Каковы физические свойства щелочных металлов?

5. Каковы химические свойства щелочных металлов? Взаимодействуют ли непосредственно щелочные металлы с азотом, кислородом, хлором, водородом, серой, водой? Написать соответствующие уравнения реакций.

6. Назвать важнейшие области применения щелочных металлов.

7. Назвать основные способы получения щелочных металлов.

8. Назвать важнейшие соединения щелочных металлов и области их применения.

9. Как из хлорида калия получить металлический калий; гидроксид калия? Написать соответствующие уравнения реакций.

10.Как можно получить нитриды щелочных металлов? Как нитриды металлов взаимодействуют с водой?

11.Как получить гидриды калия и натрия? Каковы их химические свойства?

12.Гидроксид калия применяется для осушки газов. Какие из указанных газов: сероводород, аммиак, диоксид углерода – нельзя осушать гидроксидом калия?

13.Составить уравнения реакций для следующих превращений:

Na ® NaCl ® NaOH ® Na ® NaH ® NaCl

14.Составить уравнения реакций для следующих превращений:

Li₂SO₄ ® Li₂CO₃ ® LiHCO₃ ® LiCl ® Li

15.Составить уравнения реакций для следующих превращений:

NaCl ® Na ® Na₂O₂ ® Na₂O ® NaOH

16.Составить уравнения реакций для следующих превращений

Cs ® CsCl ® CsOH ® CsNO₃ ® CsNO₂

17.Написать уравнения реакций:

а). NaHCO₃ ®^t

б). LiNO₃ ® ^t

в). NaOH + Cl₂ ®

18.Написать уравнения реакций:

а). Li + N₂ ®

б). NaOH + CO₂ ®

в). KO₂ + CO₂ ®

19. Написать уравнения реакций, лежащих в основе промышленного способа получения гидрокарбоната натрия. Как проводят очистку продукта?

20. Как получить калий из сильвинита? Какие промышленные отходы возможны в этом производстве?

Металлы II А подгруппы.

Во IIА подгруппу периодической системы Д.И.Менделеева входят элементы бериллий Ве, магний Mg, кальций Са, стронций Sr, барий Ва, радий Ra. Входящие в IIА подгруппу кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами, так как гидроксиды их обладают щелочными свойствами, а оксиды сходны с оксидами алюминия и тяжелых металлов (так называемых “земель”). Бериллий (и отчасти, магний) существенно отличаются от остальных элементов II А подгруппы. По ряду свойств бериллий похож на алюминий, а магний - на цинк.

Все элементы II А подгруппы имеют по два валентных s-электрона, один из которых при возбуждении переходит на р-подуровень. Поэтому они в своих соединениях двухвалентны.

Бериллий имеет очень маленький радиус иона и, следовательно, большой потенциал ионизации. Он образует, практически во всех соединениях, ковалентные связи.

Элементы II А подгруппы химически активны и встречаются в природе только в виде соединений. Бериллий чаще всего встречается в виде минерала берилла Be₃Al₂(SiO₃)₆. Окрашенные примесями разновидности берилла известны как драгоценные камни - изумруд, аквамарин и т.д. Магний, кальций, стронций и барий входят в состав природных сульфатов, карбонатов, фосфатов, силикатов.

Основным способом получения металлов II А подгруппы является электролиз расплавов солей или гидроксидов. Реже используют для получения этих металлов процессы восстановления кремнием, углем, алюминием.

В свободном состоянии элементы II А подгруппы - легкие металлы с различными формами кристаллической решетки.

Металлы IIA подгруппы очень сильные восстановители и активно взаимодействуют с различными окислителями. С неметаллами образуют бинарные соединения, например:

3Me + N₂ = Me₃N₂;

обладают высоким сродством к кислороду:

2Ме + О₂ = 2МеО.

Химическая активность в подгруппе увеличивается с повышением порядкового номера. Электродные потенциалы имеют низкие отрицательные значения: от –1,85 В у бериллия до –2,9 В у бария. По отношению к воде бериллий и магний устойчивы, так как покрыты защитной оксидной пленкой. Щелочноземельные металлы (Са, Sr, Ba) реагируют с водой по реакции:

Ме + 2Н₂О = Ме(ОН)₂ + Н_2.

Все металлы активно взаимодействуют с различными кислотами:

Me + 2H⁺ = Ме²⁺ + H₂

4Me + 5H₂SO₄(конц.) = 4MeSO₄ + H₂S + 4H₂O

4Me + 10HNO₃(разб.) = 4Me(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Со щелочами с образованием комплексных солей способен взаимодействовать только бериллий, что объясняется амфотерным характером его оксида и гидроксида:

Be + 2H₂O + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Свойства характеристичных соединений –оксидов (МеО) и гидроксидов (Ме(ОН)₂) – в подгруппе закономерно изменяются с увеличением порядкового номера:возрастает растворимость в воде и усиливаются основные свойства.

 

Оксиды Гидроксиды Растворимость Кислотно-основные свойства

BeO Be(OH)₂ нерастворим амфотерные

MgO Mg(OH)₂ нерастворим сред. основные

CaO Ca(OH)₂ умеренно раств. сильн. основные

SrO Sr(OH)₂ умеренно раств. сильн. основные

BaO Ba(OH)₂ умеренно раств. сильн. Основные

 

Большинство оксидов и гидроксидов металлов IIA подгруппы обладают основными свойствами и диссоциируют в соответствии с уравнениями:

Mg(OH)₂ Mg^{2 +} + 2OH^-

Me(OH)₂ Me²⁺ + 2OH^- (Me = Ca, Sr, Ba)

Они взаимодействуют только с кислотами:

Me(OH)₂ + 2HCl = MeCl₂ + 2H₂O

Исключением являются соединения бериллия, которые амфотерны. Диссоциация его гидроксида протекает как по кислотному, так и по основному типу:

[Be(OH)₄]^2- + 2H⁺ Be(OH)₂ + 2H₂O Be²⁺ + 2OH^-

Оксид и гидроксид бериллия взаимодействуют и с кислотами и со щелочами, образуя соответствующие соли:

Be(OH)₂ + 2HCl = BeCl₂ + 2H₂O

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

Тетрагидроксобериллат натрия

сплав.

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂BeO₂ + 2H₂O

бериллат натрия

Все соли бериллия сильно гидролизованы.

Наибольшее значение в промышленности имеют бериллий и магний. Бериллий используют как замедлитель нейтронов в атомных реакторах. В качестве легирующей добавки он сообщает сплавам твердость, прочность, антикоррозионную устойчивость. Сплавы на основе магния широко применяют как конструкционные материалы в ракетной технике, авиа- и автостроении. Они содержат до 80% магния и различные добавки, отличаются малой плотностью, высокой прочностью, хорошей электропроводностью.

Сплавы бария со свинцом используют в типографском деле.

Металлический кальций используют для восстановления из руд хрома, рубидия и некоторых других металлов.

Из соединений элементов IIА подгруппы наибольший практический интерес представляют соединения кальция:

СаО - оксид кальция (негашеная известь)

Са(ОН)₂ - гидроксид кальция (гашеная известь; известковая вода).

СаСО₃ - карбонат кальция (мел; мрамор)

СаSO₄ × 2 Н₂О - двуводный кристаллогидрат сульфата кальция (гипс)

СаSO₄ × 1/2 H₂O - полуводный кристаллогидрат сульфата кальция (алебастр).

Лабораторная работа №2