Кочкаров Ж.А. Химия в уранениях реакций

Химия в уравнениях реакций

BaO + ЗС = ВаС2+ СО (t);2BeO(T)+ ЗС(т)= Ве2С+ 2СО (1800 °С) 2ВеО(т)+ СС14(г)= 2ВеС12+ С 02 (800 °С)

2ВеО(т)+ СОС12(г) = 2ВеС12+ С 02 (600 °С)

MgO(T) + С(т)= Mg+ СО (2000 °С); 2BeO(i)+2F2= 2BeF2+ О2(450 °С) CaO(T)+ S 0 2(r)=C aS03

СаО(т)+ БЮ2(т) = CaSiO3(1500 °С, Me = Be, Mg, Ca, Sr, Ba) MeO(T)+ A120 3 = Me(A102)2 (1200-1400 °C, Me = Mg, Ca, Sr, Ba) 4MeO(i)+ 2A1= 3Me + Me(A102)2 (1200-1400 °C, Me = Ca, Sr, Ba) MeO(T)+ HCl(p)= MeOHCl; MeO(T)+ 2HCl(p)= MeCl2+ H20 2MeO(i)+ H2S04(p)= (Me0H)2S04; MeO(x)+ H2S04(p)= MeS04+H20 3MeO(T)+ 2H3P04(p) = Me3(P04)2+ 3H20 (Me = Ca, Sr, Ba) 2MgO + 2S2Br2 = 2MgBr2 + 3S + S02 (600 °C)

BeO(T)+ 2NaOH(p) + HzO = Na2 [Be(OH)J (t)

BeO(T) + 2NaOH(расплав) = Na2Be02+ H20 (250-300 °C) ВеО(т) + Na20 = Na2BeO26epi№(500 °C)

ВеО(т) + Ме2С 03(т) = Me2Be02+ C 02(t, °C, Me = Na, K) BeO(T) + 2HCl(p)+ 3H20 = [Be(H20 )4]Cl2 (t)

Пероксиды элементов НА группы

Получены пероксиды всех металлов IIA группы, кроме Be, и су­ пероксиды, за исключением Be и Mg; проявляют окислительные и восстановительные свойства, в воде труднорастворимы.

Получение М е02(кроме В е02)

2ВаО(т)+ 0 2= 2Ва02 (550-600 °С); 28Ю(т)+ 0 2 = 2Sr02 (300-400 °С) МеО(т)+ Н20 2 w = М е02 + Н20 (Me = Mg, Ca, Sr, Ba)

Me(OH)2 + H20 2(p) = M e02i + 2HzO (Me = Mg,Ca, Sr, Ba) или Me(OH)2 + Н Д w+ бН^О= Me02 • 81^01 (5 °C, M e= Mg, Ca, Sr, Ba)

Свойства пероксидов (Me = Mg, Ca, Sr, Ba)

2Ме02(т)= 2MeO + 0 2T(Ca: 250-380 °C) Ba02 (T) + HgCl2 (T) = BaCl2 + Hg + 0 2t (t)

М е02(т)+ 2H20 (rop) = Me(OH)2 + H20 2 (504,0 “C)

2Ме02(т)+ 2Н20 (кшмченне) = 2Me(OH)2 + 0 2t (100 °C) Me02(T)+2HCl(K)=MeCl2 + H20 2;B a02(T)+H2S04(p)=BaS04+ H20 2 BaO, (T) + 2KI(p) + 2HzO = I2i + Ba(OH)2 + 2KOH

MeO 2(т)+ Сг20 3(т)+ 0 2(г)=МеСЮ4+Н20 2(Са: 500 °C, Ba: 700-900°Q Ba02(x)+ 203=B a(03)2+ 0 2 (80 °C); Ва02(т)+ 0 2=B a(02)2(100 °C)

150

Глава I. Химия элементов и их соединений

МеО2(т)+ С (т)+С12(г)= М еС12+ СОТ(0

Ва02(т)+ 2FeS04(p)+ 2H2S04(p) = BaS04l + Fe2(S04)3 + 2НО Ba02(i)+ 2Kj[Fe(CN)6] = K4[Fe(CN)6] + K2Ba[Fe(CN)J + 0 2T

Гидроксиды элементов НА группы

Основные гидроксиды Mg, Са, Sr, Ва — ионные соединения с малой растворимостью, Ве(ОН)2 — амфотерный гидроксид, кова­ лентное соединение, нерастворимое в воде; Ме(ОН)2 (р) (Me = Са, Sr, Ва) — щелочи, Mg(OH)2 — малорастворимое основание сред­ ней силы, Са(ОН)2(насыщенныйр)— известковая вода, Са(ОН)2— гаше­

Получение

BeS04 + 2NH3 • Н20 = Ве(ОН)21 + (NH4)2S04 МеО + Н20 = Ме(ОН)2 (Me = Са, Sr, Ва)

МеС12(р)+ 2NaOH(p)= Ме(ОН)21 + 2NaCl (Me = Be, Mg)

Кислотно-основные свойства гидроксидов

Ме(ОН)2(тр)+ 2НС1(р)= МеС12 + 2Н20 (Me = Be, Mg, Са, Sr, Ва) Ме(ОН)2(тТ'р + H2S04(p)= MeS04+ 2НгО (Me = Be, Mg, Ca, Sr, Ba) Me(OH)2(p) + C 02(r)= MeC03 + H20 (Me = Ca, Sr, Ba)

Mg(OH)2(T) + C 02(4 2H20 = MgC03 • 3H20

2Ме(ОН)2(р)ш6 + C02(r)= (MeOH)2C03 + H20 (Me = Mg, Ca, Sr, Ba) 4Mg(OH)2(cycneH3IM)ro6 + 3C02(r)= Mg(OH)2 • 3MgC03+ 3H20

При насыщении водной суспензии MgC03mni Mg(OH)2 • 3MgC03 углекислым газом происходит растворение осадка с образованием гидрокарбоната Mg(HC03)2, существующего только в растворе:

Mg(OH)2 • 3MgC03 (суспензия) + ЗН20 + 5С02 = 4Mg(HC03)2

При насыщении Ве(ОН)2 углекислым газом в осадок выпадает основный карбонат ВеСОэ • Ве(ОН)2:

2Ве(ОН)2(суспензия) + С 02(г)= ВеС03 • Ве(ОН)21 + Н20 При пропускании большого избытка углекислого газа в осадок

выпадает ВеС03, так как имеет место реакция:

ВеС03-Ве(0Н)2(„ + С 02 (Г) 2ВеС03 + Н20 Me(OH)2(T)->MeO(i)+H20(t,M e=Be: 140°C,Mg: 350°С,Са: 560 °С)

Ме(ОН)2(т)—» плавятся без разложения (Me = Sr, Ва)

Ве(ОН)2 J + 2NaOH(p) = Na2fВе(ОН)4]

151

Химия в уровнениях реакций

Ве(ОН)2(т)+ 2NaOH(x)= Na2Be02 + 2НгО (t)

Ме(ОН)2(р) + Na2C 03(p) = МеС03 + 2NaOH (Me = Ca, Sr, Ba) Me(OH)2(p) + Me(HC03)2 = 2MeC03 + 2H20

Mg(OH)2(^+ 2NH4C1(p| = MgCl2+ 2NH3 • H20

2NH4Cl(p) + Ca(OH)2(p) = 2NH3 • H20 + CaCl2

Mg(OH)2(T) + H2S ФMgS + 2H20, так как MgS полностью гидро­ лизуется

Ca(OH)2 (т) + H2S = CaSi + 2Н20; Ва(ОН)2 + H2S = BaS + 2Н20 Ве(ОН)2(т) + H2S *

♦ Участие в окислительно-восстановительных реакциях:

Са(ОН)2 (т) + СО(г) = СаС03 + Н2 (400 °С) 6Sr(OH)2 + 6Br2 = 5SrBr2+ Sr(Br03)2 + 6Н20 2Са(ОН)2(р)+ 2С12(г)= Са(ОС1)2 + СаС12 + 2Н20 Са(ОС1)2 + С 02 + Н20 = СаС03 + 2НСЮ Са(ОН)2(р)+ С12(г)= СаОС12 + СаС12 + 2Н20 2СаОС12 + С 02 + Н20 = СаС03 + 2НС10 + СаС12

Карбонаты и гидрокарбонаты

СаС03 — известняк, кальцит, мрамор, мел; MgC03— магнезит, белая магнезия.

Возможные пути получения

Ме(ОН)2(} + С 02( ,= МеСО,1 + Н20 (Me = Са, Sr, Ва)

2(NH4)2 [Be(C03)2] =Be(OH)2 • BeC03l+ 4NH3t + 3C02t + H20 (t) MgCl2 (p) + 2NaHC03 (p) = MgC03i + 2NaCl + C 02t + H20 (t) MgC03(cy— + C 02 + H20 = Mg(HC03)2

152

Глава I. Химия элементов и их соединений

Mg(OH)2 . 3MgCOj • зн20(суспегоия) + 5С02Т = 4Mg(HC03)2 CaCl2(p) + 2NH3(r) + C 02(r) + H20 = CaC03 + 2NH4C1 CaS04(c„ + 2NH3(r)+ CO + H20 = CaC03 + (NH4)2S04 CaC20 4 • 3H20 = CaC03 + COT + 3H20

BaS + C 02 + H20 = BaC03l + H2S t

Свойства карбонатов

МеС03(т)= MeO + C 02T (t, Be > 180 °C, Mg = 350-540 °C, Ca =

♦ В природе:

MeC03 (т) + С 02 (г) + Н20 = Me(HC03)2 (Me = Mg, Ca, Sr, Ba) CaC03 ’MgC03 2C02(r)+2H20 = Ca(HC03)2+ Mg(HC03)2 Me(HC03)2 —> существуют только в растворе (Me = Mg, Ca, Sr, Ba)

Смягчение временной жесткости Жесткость воды — сумма миллиэквивалентов ионов каль­

ция и магния, содержащихся в 1 л воды; воду с жесткостью менее 4 мг-экв/л называют лшгкой, от 4 до 8 — средней, от 8 до 12 — жес­ ткой; 1 миллиэквивалент жесткости: 20 мг/л Са2+ или 12 мг/л Mg2+. Временная (карбонатная) жесткость определяется содержанием гид­ рокарбонатов кальция и магния. Ее можно устранить:

♦ Известковым способом:

Са(ОН)2(р) + С 02(растаоренныйвводе)= CaCOjl + Н20

153

Химия в уравнениях реакций

Ca(OH)2(p) + Са(НС03)2(р) = 2CaC03i + 2Н20 Са(ОН)2(р) + Mg(HCO,)2(p)= СаС034 + MgC03l + 2Н20 Са(ОН)2(р) + MgC03(T)= СаС031 + Mg(OH)2l

♦ Содовым способом:

Na2C 03 (р) + Са(НС03)2 (р) = 2СаС034 + 2NaHC03

Na2C 03 (р) + Mg(HC03)2 (р) = MgC034 + MgC03l + 2NaHC03

Устранение постоянной жесткости воды

Постоянная жесткость определяется присутствием в воде суль­ фатов и хлоридов кальция и магния.

♦ Содовым способом:

Na2C 03 (р) + CaS04 = СаСОэ4+ Na2S04, Na2C 03 (р) + MgS04 = MgC034 + Na2S04

Na2C 03(p)+ MgCl2= MgC03l + 2NaCl

♦ Ионно-обменным методом (воду пропускают через слой ка­ тионита, содержащий катионы натрия ([K]Na):

2[K]Na + Са(НС03)2 <-> [К2]Са + 2NaHC03 2[K]Na + MgS04<-> [K2]Mg + Na2S04 2[K]Na + CaS04 [KJCa + Na2S04

Гидриды металлов НА группы

Гидриды — бесцветные кристаллические вещества; ионные соеди­ нения (ВеН2 и MgH2— ковалентные соединения); гидролизуются, про­ являют восстановительные свойства; в ряду СаН2< ВаН2 < SrH2 < RaH2 активность усиливается.

Получение гидридов

Ме(т)+ Н2(г)= МеН2(т) (начало реакции: Са = 250 °С, Sr = 200 °С,

Ва = 150 °С) "

Me (т) + Н2 (г) Фнет реакции (Me = Be, Mg)

2МеС12(т) + 1лА1Н4(вэфире) = 2MeH2 + LiCl + A1C13 (Me = Be, Mg)

Свойства гидридов

3CaH + N2 = CaN + 3H2(1000 °C); MeH2(T)=Me + H T (600 °C) MeH2 ‘)+ 2H20 = Me(OH)2+ 2H2t (t) (ИМК)

154

Глава I. Химия элементов и их соединений

МеН2 ()+ 0 2()= МеО + Н2ОТ (300-400 °С) CaH2(t> 2 c 6 2(f)= Ca(HCOO)2 формиет(t)

2МеН2(т)+ Э 02(т)= 2МеО + Э + 2H2T(t, Me = Ca, Sr, Ba; Э = Ti,

МеН2 (т) + 2НС1(р) = МеС12 + 2Н2Т (МИК)

Галогениды металлов НА группы

Фториды Mg, Са, Sr, Ва нерастворимы, остальные галогениды растворяются в воде.

Получение галогенидов

Ме(ОН)2 (т) + 2NH4Cl(p) = МеС12 + 2NH3 + 2Н20 (t)

Me + Cl2 = МеС12 (Mg = 22 °С, Са = 22 °С, Sr = 200-400 °С, Ва = = 100-150 °С)

Ме(т) + F2(I2) = MeF2 (Be = 250 °С, Ва = 100-150 °С) ВеО + С + С12 = ВеС12+ СО (t)

Ме(ОН)2(т)+ 2НС1(р) = МеС12+ 2Н20 Ве(ОН)2(т)+ 2HF = BeF2+ 2Н20 (t)

МеО(т) + 2HF (Ш) = MeF2+ Н20 (t, Me = Mg, Са, Sr)

МеС03 (т) + 2HF (HI) = MeF2 + H20 + C 02 (t, Me = Mg, Ca, Sr) Me + 2НГ = МеГ2+ H2 (600 °C, Me = Be, Mg, Ca)

Свойства галогенидов

МеС12 (т)+ Н2Опар = МеО + 2НС1 (Mg = 500 °С, Be = 900-950 °С) МеС12 V H2o"Z> Ме(ОН)С1 + НС1 (Me = Mg, Be)

МеС12 (^+ Н20 Ме(ОН)2 + 2НС1 (t, Me = Mg, Be) ВеС12 - 4Н20 (т)<-> Ве(ОН)С1 + НС1 + ЗН20 (130 °С ) MgCl2 • 6Н20 Т= MgCl2 • 4Н20 + 2Н20 (120 °С)

MgCl2 • 4Н20 = MgCl2 • 2Н20 + 2Н20 (150 °С)

MgCl2 • 2Н20 = MgCl2 • Н20 + Н20 (240 °С)

155

Химия в уравнениях реакций

МеС12 (р) + Na2C 03 (р) = МеС031 + 2NaCl (Г = F, Cl, Br, I ) МеС12(р)+ 2NH4F(p)= MeF2l + 2NH4C1 (Me = Mg, Ca, Sr, Ba) MeCl2(p)+ 2NaOH(p)= Me(OH)24 + 2NaCl (Me = Be, Mg) ВеГ2(р)+ 4NaOH(p)= Na2[Be(OH)4] + 2ШТ (Г-F, Cl, Br, I ) BeCl2(p)+ 4HF = H2[BeF4] + 2HC1; MgBr2 + 2HF = MgF2 + 2HBr MgCl2(p+ 6NH3= [Mg(NH3)6]Cl2 (Г = Cl, Br )

BeF2+ 2NH4OH = Be(OH)2l + 2NH4F BeF2 + 2NH4F = (NH4) [B eF ji (NH4)2[BeF4] = 2NH4FT + BeF2

получение безводного BeF2

2BaBr2+ 2C02 + 0 2 = 2BaC03i + 2Br2 BaBr2 + 2NH3 + 2K = Ba(NH2)2 + 2KBr + H2

Сульфиды и сульфаты металлов НА группы

Получение

Me + S(r)= MeS (t, «С); ВеС12(т)+ 3S(r) = BeS + S2Cl2(t, °C) Me + H2S(r) = MeS + H2 (500 °C); Be2C(T)+ 2S(r)=-2BeS + С (t) 2MgO + CS2 = 2MgS + CO, (t)

MeS04(T)+ 4Над= MeS + 4H20 (500-550 °C, Me = Ca, Sr,) MeS0 4(p)+ 4CO(r)= MeS + 4C02(800 °C)

CaC12(P,+H 2s (r>P)= CaS i + 2HC1; BaS04(T)+ H2S(p= B aSi + H2S04 MeS04 (т) + 4C = MeS + 4CO (t, Me = Ba, Sr)

CaSO ^ + 3C = CaS + 2CO + C 02 (900 °C) MeS04(")+ 2S(r)= MeS + 2S02(t, Me = Ba, Sr) MeO+ H2S04(p)= MeS04-i + H20

Me(OH)2+ H2S04(p)= MeS04i + 2H20

Свойства сульфидов и сульфатов

2MeS + 2Н20 Ме(ОН)2 + Me(HS)2 (Me = Ca, Sr, Ba) 3MgS + 2H20 = Mg(HS)2+ 2MgO + H2S (на холоду) 2MeS + 2H20 = MeO + H2S (t, Me = Ca, Sr, Ba)

MeS + 2 0 2=M eS04(t); 2MeS + 2HC1 = MeCl2+ H2S (Me = Sr, Ba) MeS + 2HN03(p) = Me(N03)2+ H2S

3MeS + 8HN03P(k) = 3Me(N03)2+ 2NO+ 3S + 4H20 MeS + H2S04(p)=M eS04+ H2S

156

Глава I. Химия элементов и их соединений

MeS + 2S = MeS3 (или MeS4(t); MeS + F2= MeF2 + S (t) CaS(T)+ C 02(r)+ H20 (r)= CaC034 + H2S (300 °C) MgS(T)+ C 02(r)=MgO + COS (660 °C)

MeS04(t)+ H2S04 {K)= Me(HS04)2 или H2[Me(S04)2] MeS04(T)+ (NH4)2S04 = Me(HS04)2+ 2NH3t

Нитраты металлов НА группы

Способы получения

МеО(т)+ 3N02(r)= Me(N03)2 + NOT MeC03 + 3N02r(r)= Me(N03)2 + NOT + C 02t

MeO + 2NH4N 03 = Me(N03)2 + 2NH3 + H20 (Me = Ba,Sr) MeO(t)+ 2HN03 (p) = Me(N03)2 + H20

Me(OH)2+ 2HN03(p)= Me(N03)2 + 2H20 MeC03 + 2HN03 (p) = Me(N03)2 + C02t + H20

4Ме(т)+ 2HN03(K)P+ 8HN03(k) = 4Me(N03)2+ N2O t + 5H20 (t) 4Ме(т) + HN03(p) + 9HN03(p) = 4Me(N03)2+ NH4N 0 3 + 3H20 (t) ВеС12(т)+ 4N20 4 = [N0]2[Be(N03)4] + 2NOC1 затем [N0]2T[Be(N03)4] = Be(N03)26„ + 4N02t (t)

или Me(N03)2 • 6H20 + 6NH4C1= Me(N03)2+ 6NH3t + 6H Clt + 6H20 t (t, Me = Be, Mg)

MeCL, • 6H20 + 6NH4C1= MeCl2+ 6NH3t + 6HClt + 6H20 t (t, Me = = Be, Mg)

Свойства нитратов

Me(N03)2 = Me(N02)2 + 0 2 (t < 600 °C, Me = Ca, Sr, Ba) 2Me(N03)2 = 2MeO + 4N02 + 0 2 (t < 600 °C, Me = Be, Mg) 2Me(N03)2 = 2MeO + 4N02+ 0 2(t > 600 °C, Me = Be, Mg, Ca, Sr, Ba),

так как имеет место: Me(N02)2 = MeO + N 02+ NO (650 °C) Me(N03)2(p) + 2NaOH(p. = Me(OH)2i + 2NaN03 (Me = Be,Mg) Be(N03)2(p) + 4NaOH(p) = Na2[Be(OH)4] + 2NaN03 Me(N03)2(p) + H2S04(p)= MeS04l + 2HN03 (Me = Ca, Sr, Ba) 2Be(N03)2P 4H20 = 2BeO + 4N02+ 0 2+ 8H20 (600 °C) Mg(N03)2 • 6H20 = Mg(N03)2 • 2H20 + 4H20 (95 °C)

Mg(N03)2 • 2H20= M g(0H)N03+H20+H N 03 (t > 130 °C, пиро­ гидролиз)

4Mg(0H)N03 = 4MgO + 4N02+ 0 2+ 2H20 (t > 160 °C)

157

Химия в уравнениях реакций

Нитриды металлов НА группы

Me3N2 + 6Н20 = ЗМе(ОН)2 + 2NH3 (Me = ЩЗМ) 4Me3N2 = N2 + ЗМе4К2су6ш1триды(Ме = Sr, Ва)

Me4N2 + 8Н20 = 4Ме(ОН)2 + 2NH3+ Н2 (Me = ЩЗМ)

3BaN2 + 6НС1 = 2NH3 + 2N2+ ЗВаС12 (ВМД)

Me3N2 + ЗСО = ЗМеО + N2+ ЗС (t, Me = Са, Sr, Ва)

Карбиды

CaO + ЗС = CaC2 + С (2000 °C)

Необратимый гидролиз:

Be2C + 4H20 = 2Be(OH)2 + CH4, СаС2 + 2НгО = Са(ОН)2 + С2Н2 Mg2C3 + 4Н20 = 2Mg(OH)2 + СН3Са ■ СН

1)А120 3. 2Si02. 2Н2Оглина = А120 3 • 2Si02+ 2Н20 (430 °С, дегид­ ратация)

2)А120 3 • 2Si02= А120 3+ 2Si02 (1400-1600 °С)

3) СаСОэ = CaO + С 02 (t > 800 °С)

♦ цементный клинкер:

4)ЗСаО + Si02= Ca3Si05(Ca2Si04 • CaO) — силикатный цемент

5)ЗСаО + А120 3= Са3(А103)2— алюминатный цемент

158

Глава I. Химия элементов и их соединений

Са3(А103)2 + 6Н20 = Са3(А103)2 • 6Н20 (схватывание алюминат-

ного цемента).

2Са(А102)2+ ЮН20 = Са2А120 5 • 7Н20 + 2А1(ОН)3 (схватывание глиноземного цемента).

Получение газосиликатных строительных материалов

ЗСа(ОН)2+ 6Н20 + 2А1 = ЗСаО • А120 3 - 6Н20 + ЗН2

159