Урок №51. Щёлочноземельные металлы. Нахождение в природе. Кальций и его соединения. Жёсткость воды и способы её устранения

Важнейшие минералы:

Be

3BeO • Al₂O₃ • 6SiO₂ – берилл

Mg

MgCO₃ – магнезит

CaCO₃ • MgCO₃ – доломит

KCl • MgSO₄ • 3H₂O – каинит

KCl • MgCl₂ • 6H₂O – карналлит

MgCl₂·6H₂O - бишофит

Ca

CaCO₃ – кальцит (известняк, мрамор и др.)

Ca₃(PO₄)₂ – апатит, фосфорит

CaSO₄ • 2H₂O – гипс

CaSO₄ – ангидрит

CaF₂ – плавиковый шпат (флюорит)

Sr

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 =^{эл. ток}= Ca+Cl₂↑

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип, плотностями и твердостью.

ПРИМЕНЕНИЕ

Бериллий (амфотерен)

1. Изготовление теплозащитных конструкций для косм. кораблей (жаропрочность, теплоёмкость бериллия)

2. Бериллиевые бронзы (лёгкость, твёрдость, жаростойкость, антикоррозионность сплавов, прочность на разрыв выше стали, можно прокатывать в ленты толщиной 0,1 мм)

3. В атомных реакторах, рентгенотехнике, радиоэлектронике

4. Сплав Be, Ni, W- в Швейцарии делают пружины для часов

Но, бериллий – хрупок, ядовит и очень дорогой.

Магний

1. Получение металлов – магнийтермия (титан, уран, цирконий и др.)

2. Для получения сверхлёгких сплавов (самолётостроение, производство автомобилей)

3. В оргсинтезе

4. Для изготовления осветительных и зажигательных ракет

Ca, Sr, Ba, Ra

1. Изготовление свинцово-кадмиевых сплавов, необходимых при производстве подшипников

2. Стронций – восстановитель в производстве урана. Люминофоры - соли стронция

3. Используют в качестве геттеров, веществ для создания вакуума в электроприборах

Кальций

РИСУНОК 1

РИСУНОК 2

Получение редких металлов, входит в состав сплавов

Барий

Газопоглотитель в электронно-лучевых трубках

Радий

Рентгенодиагностика, исследовательские работы

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. Очень реакционноспособны, сильные восстановители. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду:

Be–Mg–Ca–Sr–Ba

2. Обладают степенью окисления +2.

3. С водородом образуют солеобразные гидриды RH₂.

4. Оксиды имеют общую формулу RО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов.

1. Реакция с водой

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде, но с горячей водой магний реагирует и образует основание Mg(OH)_2.

В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием щелочей, которые являются сильными основаниями:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂­

Mg + 2H₂O _{(горячая)} → Mg(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

Видео «Окраска пламени солями щелочных и щелочноземельных металлов»

Катион Ba²⁺ обычно определяют обменной реакцией с серной кислотой или растворами ее солей:

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Сульфат бария – белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах.

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:

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂

CaO _{(негашеная известь)} + H₂O → Ca(OH)_{2(гашеная известь)}

Видео «Взаимодействие оксида кальция 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

Видео 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]