4Са + 10НNO3(разб.) → 4Са(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

– с концентрированной HNO3 (кроме Be)

4Mg + 10HNO3(конц.) → 4Mg(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

– со щелочами взаимодействует Be

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4]+ H2↑;

– с оксидами и солями TiCl4 + 2Mg → 2MgCl2+ Ti; V2O5 + 5Ca → 2V + 5CaO.

Соединения металлов главной подгруппы II группы

Металлы проявляют в соединениях степень окисления (+2) и образуют оксиды и гидроксиды общей формулы МеО, Ме(ОН)2.

ВеО, Ве(ОН)2 – амфотерны: Ве(ОН)2 + 2НСl → ВеСl2 + 2Н2О;

Оксиды и гидроксиды остальных металлов проявляют основной характер. Гидроксиды щелочноземельных металлов – сильные электролиты и по химическим свойствам напоминают гидроксиды натрия и калия, которые называют щелочами.

Применение

Все металлы главной подгруппы II группы входят в состав сплавов, которые отличаются легкостью, повышенными механическими свойствами и коррозийной стойкостью. Mg и Ca – восстановители при получении других металлов в металлургии.

СаО и Са(ОН)2 (гашеная и негашеная известь) используется в строительстве. СаС2 – для получения ацетилена и многих химических соединений.

81

Жесткость воды

Жесткость воды обусловлена солями кальция и магния. Размерность [мг-экв/л]. Она подразделяется на временную (карбонатную) и

постоянную.

Временная жесткость определяется наличием гидрокарбонатов Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2.

Способы устранения временной жесткости:

1. Кипячение

Ca(HCO3)2 ¾¾t0® CaCO3↓+ H2O + CO2↑. 2. Известкование

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O; Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O.

3. Обработка содой

Са(НСО3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaHCO3.

Постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде хлоридов, сульфатов магния, кальция, железа.

Способы устранения постоянной жесткости:

1. Обработка содой

MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3↓+ 2NaCl. 2. Обработка фосфатами

3CaSO4 + 2Na3РO4 → Ca3(РО4)2↓ + 3Na2SO4. 3. Обработка тетраборатом натрия

MgCl2 + Na2B4O7 → MgB4O7↓ + 2NaCl.

Задача 1. Составьте уравнения реакций, характеризующих ряд превращений:

Са → Са(ОН)2 → СаОНNO3 → Ca(NO3)2 → CaCO3 → CaO → Ca.

Решение:

1. Кальций хорошо растворяется в воде с образованием щелочи:

82

Са + 2Н2О → Са(ОН)2 + Н2↑.

2.При добавлении недостатка НNO3 образуется гидроксонитрат кальция:

Са(ОН)2 + НNO3 → CaOHNO3 + H2O.

3.Чтобы получить из основной соли среднюю, добавим еще кислоту:

СаОНNO3 + HNO3 → Cа(NO3)2 + H2O.

4.Если к раствору Са(NO3)2 прилить раствор Na2CO3, то получим осадок СаСО3:

Са(NO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaNO3.

5.При термическом разложении СаСО3 образуются два оксида: СаСО3 ¾¾t0® СаО + СО2↑.

6.Методом алюмотермии из СаО получают металл Са:

3СаО + 2Аl → 3Ca + Al2O3.

Задача 2. При растворении в кислоте 5 г СаО, содержащего примеси СаСО3, выделилось 140 мл газа (н.у.) Найдите массовую долю СаСО3 в исходной навеске?

Решение:

При растворении в кислоте, только в случае СаСО3 выделяется

газ:

СаО + 2НСl → СаСl2 + Н2О

Составим пропорцию: 100 г → 22,4 л;

x → 0,14 л. x = 100 × 0,14 = 0,625 г (CaCO3 ) . 22,4

Найдем массовую долю СаСО3 в смеси

83

Ответ. ωCaCO3 =12,5 %.

Задача 3. Жесткая вода содержит гидрокарбонат кальция (массовая доля 0,025 %). Какую массу раствора гидроксида кальция с массовой долей 20 % надо добавить к воде объемом 30 л для устранения жесткости? Плотность воды принять равной 1 кг/л.

Решение:

Найдем массу воды:

mH2O = V × ρ = 30∙1 = 30 кг.

Найдем массу гидрокарбоната кальция:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 → 2СаСО3↓+ 2Н2О

Ответ. Нужно взять 38,7 г раствора Са(ОН)2 с ω = 20 %.

Тренировочный тест

Часть 1

1. Какому химическому элементу соответствует данная электронная конфигурация 1s22s22p63s23p63d04s1?

1)Ca;

2)Na;

3)K;

84

4) Mg.

2.Металлы проявляют исключительно восстановительные свойства, так как:

1) имеют сильный металлический блеск; 2) имеют на внешнем энергетическом уровне по 1-3 электрона;

3) имеют высокие значения сродства к электрону;

4) имеют малые значения потенциала ионизации.

3.На воздухе щелочные металлы быстро окисляются, поэтому их хранят:

1) под слоем керосина;

2) под слоем растительного масла;

3) под слоем этилового спирта;

4) в атмосфере аргона.

4.Щелочные металлы при нагревании в сухом воздухе образуют кислородные соединения. Образование какого из соединений маловероятно в описанных условиях?

1) Li2O;

2) Na2O;

3)Na2O2;

4)KO2.

5.Гидроксид какого металла обладает наименее выраженными основными свойствами?

1) лития;

2) калия;

3) бериллия;

4) кальция.

6.С какими веществами реагирует сильвинит?

1) серной разбавленной кислотой;

85

2)серной концентрированной кислотой;

3)раствором нитрата серебра;

4)азотной кислотой.

7.При нарушении цинкового покрытия железа коррозии подвергается:

1) железо;

2) цинк;

3) железо и цинк;

4) коррозия не идет.

8.Все металлы какого ряда реагируют с соляной кислотой?

1)цинк, железо, кобальт;

2)железо, алюминий, платина;

3)никель, хром, золото;

4)олово, магний, ртуть.

9. Натрий, калий и кальций в промышленности получают:

1)электролизом расплавов;

2)пирометаллургическими методами;

3)гидрометаллургическими методами;

4)металлотермическими методами.

Часть 2

В1. Назовите вещества X и Y и напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения Mg → X → MgCO3 → Y ¾¾t® MgCO3:

1)MgCl2 и MgCl2;

2)MgCl2 и Mg(HCO3)2;

3)Mg(OH)2 и Mg(OH)2;

4)Mg3N2 и Mg3(PO4)3.

86

В2. Продуктами реакции Li + H2O → X + Y являются:

1)Li2O и Н2;

2)LiН и О2;

3)LiOН и Н2;

4)Li2O2 и Н2О2.

В3. Укажите последовательность восстановления на катоде катионов металлов Fe2+, Au3+, Ag+, Sn2+, содержащихся в водном растворе в равных количествах:

1)Fe2+ – Sn2+ – Ag+ – Au3+;

2)Au3+– Ag+– Fe2+– Sn2+;

3)Au3+– Ag+– Sn2+– Fe2+;

4)Ag+– Au3+– Sn2+– Fe2+.

В4. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами их взаимодействия

Часть 3

С1. Какую минимальную массу (г) гидроксида кальция следует прибавить к 162 г раствора гидрокарбоната кальция с массовой долей его 5% для получения средней соли?

1)6,40;

2)3,70;

3)11,10;

4)1,85.

87

С2. Укажите символ щелочного металла, при взаимодействие 3,42

гкоторого с водой выделяется 448 см3 водорода (н.у.):

1)Li;

2)K;

3)Na;

4)Rb.

С3. Определите количественный состав смеси (г), состоящей из кальция и оксида кальция, если при нагревании этой смеси с углеродом выделяется 4,48 л газа (н.у.) и образуется 19,2 г продукта реакции.

1)4 г кальция, 11,2 г оксида кальция;

2)8 г кальция, 11,2 г оксида кальция;

3)4 г кальция, 6,2 г оксида кальция;

4)8 г кальция, 18,2 г оксида кальция.

Ответы. №1 – 3; №2 – 2; №3 – 1; №4 – 2; №5 – 3; №6 – 2,3; №7 – 2; №8 – 1; №9 – 1; Б1 – 2; Б2 – 3; Б3 – 3; Б4: А – 2, Б – 3, В – 5, Г – 6; С1 – 2; С2 – 4; С3 – 1.

ГЛАВА 2.6. АЛЮМИНИЙ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Алюминий находится в главной подгруппе III группы. Кроме него, в эту группу входят 115 B , 3170Ga , 11549 In , 20481Tl . Это р-элементы. Общая электронная формула ns2nр1 (имеют по 3 валентных электрона: два s-электрона и один р-электрон на внешнем энергетическом уровне). Все они имеют постоянную степень окисления +3, а таллий +1, +3.

Алюминий самый распространенный металл на земле (8,8 %). Это серебристо-белый металл, легкий (ρ = 2,7 г/см3), легкоплавкий (tпл= 660°С). Обладает высокой пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью.

88

Получение

Алюминий получают электролизом расплава оксида Al2O3 и криолита Na3[AlF6], добавляемого для снижения температуры электролиза (tпл.= 950°С).

Химические свойства

1. Взаимодействие с простыми веществами:

–с кислородом (образующаяся оксидная пленка защищает от дальнейшего окисления)

4Al + 3O2 → 2Al2O3;

–с галогенами

2Al + 3Cl2 → 2 AlCl3;

– с азотом

2Al + N2 → 2AlN;

– с углеродом

4Al + 3C → Al4C3.

2. Взаимодействие со сложными веществами:

–с водой (после удаления оксидной пленки) 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2↑;

–с разбавленными HСl и H2SO4

2Аl + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑;

– со щелочами

2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3[Al(OH)6] +3H2↑;

–концентрированные НNO3 и H2SO4 пассивируют Al;

–восстановление оксидов металлов (алюмотермия) Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr;

3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe.

Соединения алюминия

Оксид алюминия Al2O3 – белый порошок, нерастворим в воде.

89

Гидроксид алюминия Al(OH)3 получают косвенным путем. AlCl3 + 3NH4OH → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl.

Al2O3 и Al(OH)3 – амфотерные соединения, взаимодействуют с кислотами и щелочами

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O; 2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O. C растворами щелочей

Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6];

гексагидроксоалюминат

Al(OH)3 + 3NaOH → Na3[Al(OH)6]. натрия При сплавлении

Al2O3 + 2NaOH ¾¾t0® 2NaAlO2 + H2O. метаалюминат натрия

Cоли алюминия сильно гидролизованы в водных растворах. Гидролиз солей алюминия и слабых кислот является необратимым:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑.

Al образует двойные соли, например, KAl(SO4)2∙12H2O – алюмокалиевые квасцы.

Применение

По применению в промышленности алюминий занимает второе место после железа. Основная масса идет на изготовление сплавов – дюралюминия, магналия, силумина; для сварки (термит-смесь Al2O3 и Fe2O3), в алюмотермии. Al2O3 используется в производстве керамики, абразивного материала. Некоторые разновидности корунда (рубин, сапфир) – драгоценные камни. Алюмокалиевые квасцы применяют для дубления кожи, протравы при крашении тканей, производстве бумаги, медицине, фотографии.

Задача 1. Напишите уравнения реакций, характеризующих ряд превращений

Al → Al2O3 → NaAlO2 → AlCl3 → Al(OH)3 → Al2O3.

Решение:

1. На воздухе алюминий окисляется

90