Обзор металлических элементов А-групп

•Чем характериззуются s- и p-элементы?

•Какие химические свойства характерны для металлов?

Общее химическое свойство металлических s- и p-элементов — это их способность отдавать валентные электроны вследствие гораздо большего атомного радиуса по сравнению с неметаллическими элементами. Поэтому образованные ими простые вещества в химических реакциях выполняют функцию восстановителей.

При эксперименте следует учитывать, что восстановительные свойства цезия Cs, рубидия Rb, калия K и даже натрия Na настолько сильны, что реакции, в которых участвуют эти металлы с простыми и сложными веществами, иногда протекают со взрывом.

Взаимодействие металлов с простыми веществами. Наиболее энергично восстановительные способности металлов проявляются в их реакциях с галогенами и кислородом (рис. 44).

00 t +1 –1

2Na + Cl2 = 2NaCl

00 t +3 –1

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

00 t +2 –2

2Mg + O2 = 2MgO

00 t +3 –2

2Al + 3O2 = 2Al2O3

Обратите внимание, что в реакциях с кислородом при горении только литий образует оксид; остальные щелочные металлы образуют пероксиды:

00 +1 –2

4Li + O2 = 2Li2O

оксид лития

0 0 +1 –1/2

K + O2 = KO2

надпероксид калия

00 +1 –1

2Na + O2 = Na2O2

пероксид натрия

229

Пероксиды являются солями пероксида водорода Н2О2. Степень окисления кислорода в пероксидах равна –1. Общая формула пероксидов

R2O2.

Менее энергично металлы реагируют с серой:

2Na + S = 2Na2S

2Al + 3S = Al2S3

Ещё труднее, чем с серой, металлы реагируют с неметаллами VA-группы — азотом и фосфором:

Наиболее активные металлы А-групп являются настолько сильными восстановителями, что восстанавливают даже водород до степени окисления –1 и образуют гидриды:

Ca + H2 = CaH2

Взаимодействие металлов со сложными веществами. Восстановительные свойства металлы проявляют и в реакциях со сложными веществами — кислотами, солями и водой.

1. Взаимодействие с кислотами.

Металлы, которые в ряду стандартных электродных потенциалов нахо- дятся до водорода, восстанавливают ионы водорода из разбавленных кислот (за исключением ионов водорода в азотной кислоте).

Например:

0 +6 t +2

Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2-

230

2. Взаимодействие с солями.

При взаимодействии с водными растворами солей металлы находящщи-

еся в ряду стандартных электродных потенциалов левее восстанавлива- ют металлы, находящиеся в этом ряду правее от них.

2Al + 3Pb(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3PbЇ

0 0

Следует учесть, что металлы с сильными восстановительными свойствами (например, Li, Na, K, Са) в этих условиях будут восстанавливать водород воды, а не металл соответствующей соли.

Уже в Средние века рудокопы знали, что если железный предмет попадёт в «купоросную воду» медных рудников, то он покроется красным слоем меди.

3. Взаимодействие с водой. Самые активные металлы (от Cs до Са) реагируют с водой при обычных условиях. В этих реакциях образуются растворимые в воде основания (щёлочи) и выделяется водород:

Ca + 2HOH = Ca(OH)2 + H2-

Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре с выделением водорода и с образованием оксида соответствующего металла:

0 +1 +2 0 t

Mg + 2H2O = MgO + H2-

Сведения о металлах А-групп обобщены в таблицах 14—16.

231

236

Жёсткость воды. В жёсткой воде содержатся значительные количества двухзарядных катионов Ca2+ и Mg2+. Эти и некоторые другие катионы образуют с мылом нерастворимые соединения. Жёсткая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как при нагревании такой воды на стенках водонагревательных и охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту, поэтому возможен перегрев моторов и паровых котлов; кроме того, ускоряется их изнашивание.

Различают временную и постоянную жёсткость воды. Временная (карбонатная) жёсткость воды обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. Её можно устранить следующими способами:

1) кипячением:

t

Са(НСО3)2 = СаСО3Ї + H2O + CO2-

t

Mg(HCO3)2 = MgCO3Ї + H2O + CO2-

2) действием известкового молока или соды:

Са(ОН)2 + Са(НСО3)2 = 2СаСО3Ї + 2Н2О

Na2CO3 + Ca(HCO3)2 = СаСО3Ї + 2NaHСО3

Постоянная (некарбонатная) жёсткость воды обусловлена присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния. Её устраняют действием соды:

CaSO4 + Na2CO3 = СаСО3Ї + Na2SO4

MgSO4 + Na2CO3 = MgСО3Ї + Na2SO4

Освобождаются от жёсткости и с помощью специальных реагентов — ионообменных смол (ионитов). При этом ионы кальция и магния переходят в состав смолы, а из смолы в раствор переходят ионы H+ или Na+, и вода умягчается, её жёсткость снижается.

Пероксиды. Гидриды. Жёсткость воды

1.Почему в природе не встречаются самородки щелочных и щелочноземельных металлов?

2.С какими из перечисленных ниже веществ будет взаимодействовать гидроксид натрия: сера, цинк, оксид серы(IV), оксид бария, гидроксид калия, соляная кислота, муравьиная кислота, хлорид железа(III), сульфат бария, этанол, глицерин? Напишите уравнения возможных реакций. Для двух реакций ионного обмена (по выбору) составьте полное и сокращённое ионные уравнения.

237

3.Бериллий Be и магний Mg находятся в одной группе периодической системы, однако химические свойства этих металлов различны. Поясните почему. Свой ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций. Охарактеризуйте применение бериллия и магния.

4.Напишите уравнения реакций, характеризующих химические свойства гидроксида алюминия. Чем различаются реакции нейтрализации гидроксида алюминия и гидроксида магния? Для двух реакций ионного обмена (по выбору) составьте полное и сокращённое ионные уравнения.

5.Перечислите способы частичного смягчения жёсткой воды в быту: а) без использования химических реактивов; б) с использованием домашних средств.

6.Приведите примеры уравнений реакций, в которых участвует: а) гидроксид натрия и три разных органических вещества; б) гидроксид кальция и два разных органических вещества.

7.Щелочные и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их солей. Почему эти металлы нельзя получить электролизом растворов солей? Что является в таких реакциях восстановителем?

8.Напишите уравнение реакции, происходящей между алюминием и соляной кислотой. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Вычислите

объём выделившегося газа (н. у.) и массу соли, полученной в реакции, если использовали 5,4 г металла и 21 г кислоты.

9. Какое количество теплоты потребуется для разложения 8 кг известняка, массовая доля примесей в котором 5%? Термохимическое уравнение:

СаСО3(тв.) = СаО(тв.) + СО2(г.) – 177,650 кДж

10. При действии на 9 г смеси, состоящей из металлического алюминия и его оксида, 40%-ным раствором гидроксида натрия (плотность 1,4 г/см3) выделилось 3,36 л газа (н. у.). Определите процентный состав исходной смеси и объём раствора NaOH, вступившего в реакцию.

Я умею характеризовать химические свойства металлов IA—IIA-групп и алю-

миния составлять соответствующие уравнения реакций

238