Выберите 1 верный ответ

Урок: Металлы и их свойства. Щелочные металлы. Щелочноземельные металлы. Алюминий

Общие свойства металлов

Главную подгруппу I группы Периодической системы Д.И. Менделеева составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Элементы этой подгруппы относят к металлам. Их общее название – щелочные металлы.

Щелочноземельные металлы находятся в главной подгруппе II группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Это магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Щелочные и щелочноземельные металлы как типичные металлы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. У элементов главных подгрупп металлические свойства с увеличением радиуса возрастают. Особенно сильно восстановительные свойства проявляются у щелочных металлов. Настолько сильно, что практически невозможно проводить их реакции с разбавленными водными растворами, так как в первую очередь будет идти реакция взаимодействия их с водой. У щелочноземельных металлов ситуация аналогичная. Они тоже взаимодействуют с водой, но гораздо менее интенсивно, чем щелочные металлы.

Электронные конфигурации валентного слоя щелочных металлов – ns¹, где n – номер электронного слоя. Их относят к s-элементам. У щелочноземельных металлов – ns² (s-элементы). У алюминия валентные электроны …3s²3р¹ (p-элемент). Эти элементы образуют соединения с ионным типом связи. При образовании соединений для них степень окисления соответствует номеру группы.

Обнаружение ионов металла в солях

Ионы металлов легко определить по изменению окраски пламени. Рис. 1.

Соли лития – карминово-красная окраска пламени. Соли натрия – желтый. Соли калия – фиолетовый через кобальтовое стекло. Рубидия – красный, цезия – фиолетово-синий.

Рис. 1

Соли щелочноземельных металлов: кальция – кирпично-красный, стронция – карминово-красный и бария – желтовато-зеленый. Соли алюминия окраску пламени не меняют. Соли щелочных и щелочноземельных металлов используются для создания фейерверков. И можно легко определить по окраске, соли какого металла применялись.

Щелочные металлы

Свойства металлов

Щелочные металлы – это серебристо-белые вещества с характерным металлическим блеском. Они быстро тускнеют на воздухе из-за окисления. Это мягкие металлы, по мягкости Na, K, Rb, Cs подобны воску. Они легко режутся ножом. Они легкие. Литий – самый легкий металл с плотностью 0,5 г/см³.

Химические свойства щелочных металлов

1. Взаимодействие с неметаллами

Из-за высоких восстановительных свойств щелочные металлы бурно реагируют с галогенами с образованием соответствующего галогенида. При нагревании реагируют с серой, фосфором и водородом с образованием сульфидов, гидридов, фосфидов.

2Na + Cl₂→ 2NaCl

2Na + S Na₂S

2Na + H₂ 2NaH

3Na + P Na₃P

Литий – это единственный металл, который реагирует с азотом уже при комнатной температуре.

6Li + N₂ = 2Li₃N, образующийся нитрид лития подвергается необратимому гидролизу.

Li₃N + 3H₂O → 3LiOH + NH₃↑

2. Взаимодействие с кислородом

Только с литием сразу образуется оксид лития.

4Li + О₂ = 2Li₂О, а при взаимодействии кислорода с натрием образуется пероксид натрия.

2Na + О₂ = Na₂О₂. При горении всех остальных металлов образуются надпероксиды.

К + О₂ = КО₂

3. Взаимодействие с водой

По реакции с водой можно наглядно увидеть, как изменяется активность этих металлов в группе сверху вниз. Литий и натрий спокойно взаимодействуют с водой, калий – со вспышкой, а цезий – уже с взрывом.

2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑

4. Взаимодействие с кислотами – сильными окислителями

8K + 10HNO₃ (конц) → 8KNO₃ + N₂O +5 H₂O

8Na + 5H₂SO₄ (конц) → 4Na₂SO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

Получение щелочных металлов

Из-за высокой активности металлов, получать их можно при помощи электролиза солей, чаще всего хлоридов.

Соединения щелочных металлов находят большое применение в разных отраслях промышленности. См. Табл. 1.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
NaOH	Едкий натр (каустическая сода)
NaCl	Поваренная соль
NaNO3	Чилийская селитра
Na2SO4∙10H2O	Глауберова соль
Na2CO3∙10H2O	Сода кристаллическая
KOH	Едкое кали
KCl	Хлорид калия (сильвин)
KNO3	Индийская селитра
K2CO3	Поташ

Щелочноземельные металлы

Их название связано с тем, что гидроксиды этих металлов являются щелочами, а оксиды раньше называли «земли». Например, оксид бария BaO – бариевая земля. Бериллий и магний чаще всего к щелочноземельным металлам не относят. Мы не будем рассматривать и радий, так как он радиоактивный.

Химические свойства щелочноземельных металлов.

1. Взаимодействие с неметаллами

Сa + Cl₂→ 2СaCl₂

Сa + S СaS

Сa + H₂ СaH₂

3Сa + 2P Сa₃ P_2-

2. Взаимодействие с кислородом

2Сa + O₂ → 2CaO

3. Взаимодействие с водой

Sr + 2H₂O → Sr(OH)₂ + H₂↑, но взаимодействие более спокойное, чем с щелочными металлами.

4. Взаимодействие с кислотами – сильными окислителями

4Sr + 5HNO₃ (конц) → 4Sr(NO₃)₂ + N₂O +4H₂O

4Ca + 10H₂SO₄ (конц) → 4CaSO₄ + H₂S↑ + 5H₂O

Получение щелочноземельных металлов

Металлический кальций и стронций получают электролизом расплава солей, чаще всего хлоридов.

CaCl₂ Сa + Cl₂

Барий высокой чистоты можно получить алюмотермическим способом из оксида бария

3BaO +2Al 3Ba + Al₂O₃

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

Самыми известными соединениями щелочноземельным металлов являются: CaО – негашеная известь. Ca(OH)₂ – гашеная известь, или известковая вода. При пропускании углекислого газа через известковую воду происходит помутнение, так как образуется нерастворимый карбонат кальция СаСО_3. Но надо помнить, что при дальнейшем пропускании углекислого газа образуется уже растворимый гидрокарбонат и осадок исчезает.

Рис. 2

СaO + H₂O → Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + CO₂↑ → CaCO₃↓+ H₂O

CaCO₃↓+ H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

Гипс – это CaSO₄∙2H₂O, алебастр – CaSO₄∙0,5H₂O. Гипс и алебастр используются в строительстве, в медицине и для изготовления декоративных изделий. Рис. 2.

Карбонат кальция CaCO₃ образует множество различных минералов. Рис. 3.

Рис. 3

Фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂ – фосфорит, фосфорная мука используется как минеральное удобрение.

Чистый безводный хлорид кальция CaCl₂ – это гигроскопичное вещество, поэтому широко применяется в лабораториях как осушитель.

Карбид кальция – CaC₂. Его можно получить так:

СaO + 2C →CaC₂ +CO. Одно из его применений – это получение ацетилена.

CaC₂ + 2H₂O →Ca(OH)₂ + C₂H₂↑

Сульфат бария BaSO₄ – барит. Рис. 4. Используется как эталон белого в некоторых исследованиях.

Рис. 4

Жесткость воды

В природной воде содержатся соли кальция и магния. Если они содержатся в заметных концентрациях, то в такой воде не мылится мыло из-за образования нерастворимых стеаратов. При её кипячении образуется накипь.

Временная жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Такую жесткость воды можно устранить кипячением.

Ca(HCO₃)₂ CaCO₃↓ + СО₂↑ + Н₂О

Постоянная жесткость воды обусловлена наличием катионов Ca²⁺., Mg²⁺ и анионов H₂PO₄^- ,Cl^-, NO₃^- и др. Постоянная жесткость воды устраняется только благодаря реакциям ионного обмена, в результате которых ионы магния и кальция будут переведены в осадок.

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl

«Щелочноземельные металлы и соединения»

Вариант 1

Выберите 1 верный ответ

1. Атомы щелочноземельныхых металлов имеют на внешнем уровне:

А)1 электрон Б)2 электрона В)3 электрона Г)4 электрона

2. С каким из следующих веществ не реагирует кальций?

А) Cl₂ Б) S В) Н₂О Г) NaCl

3. Щелочноземельные металлы в сравнении со щелочными:

А) менее активны Б) более активны

В) одинаковые по активности Г) вообще неактивны

4. Щелочноземельные металлы соединяются с водой, образуя:

А) гидроксиды Б) гидраты В) гидриды Г) карбонаты

5. Металлические свойства в главной подгруппе II группы:

А) увеличиваются Б) уменьшаются В) не изменяются

Г) сначала увеличиваются, потом уменьшаются

6. Соли кальция окрашивают пламя в:

А) синий цвет Б) желтый цвет В) оранжево-красный цвет

Г) фиолетовый цвет

7. Какое название не относится к CaCO₃:

А) мрамор Б) гипс В) мел Г) известняк

8. Гидроксид кальция не реагирует с:

А) H₂O Б) P₂O₅ В) H₂SO₄ Г) MgO