Химия - учебно-практический справочник

Щелочные и щелочноземельные элементы - Металлические элементы и их соединения. Металлы - Неорганическая химия

Li, Na, К, Rb, Cs, Fr — щелочные элементы.

Натрий и калий

Природные соединения: NaCl — поваренная соль, галит; Na₂SO₄ ∙ 10Н₂O — глауберова соль, мирабилит; NaCl ∙ КСl — сильвинит; КСl — сильвин, КСl ∙ MgCl₂ ∙ 6Н₂O — карналлит; Na₂O ∙Аl₂O₃ ∙ 6SiO₂ и К₂O ∙ Аl₂O₃ ∙ 6SiO₂ — полевые шпаты.

Электронное строение атомов и ионов натрия и калия

Простые вещества натрия и калия — легкоплавкие, легче воды, мягкие, легко режутся ножом, имеют металлический блеск на свежем срезе.

Химические свойства натрия и калия

1. Взаимодействуют с кислородом:

2. Взаимодействуют с водородом:

3. Взаимодействуют с серой:

4. Взаимодействуют с Н₂O:

5. Взаимодействуют с кислотами:

Если используют не чистые кислоты, а их водные растворы (концентрированные, разбавленные), то металлы одновременно реагируют с водой.

6. Взаимодействуют с галогенами:

Оксиды натрия и калия

Na₂O, К₂O — основные оксиды. Они образуются при нагревании пероксидов с соответствующими металлами при отсутствии воздуха:

Химические свойства

1. Взаимодействуют с Н₂O: Na₂O + Н₂O = 2NaOH.

2. Взаимодействуют с кислотными оксидами: Na₂O + СO₂ = Na₂CO₃.

3. Взаимодействуют с кислотами: Na₂O + 2НСl = 2NaCl + Н₂O.

Гидроксиды натрия и калия (NaOH, КОН)

NaOH, КОН — едкий натр, едкое кали. Растворяются в Н₂O с выделением большого количества теплоты, хорошо поглощают влагу.

NaOH, КОН — сильные основания (щелочи).

NaOH, КОН

+ кислотные, амфотерные оксиды

+ кислоты и амфотерные гидроксиды

+ соли

А также вступают в реакции с некоторыми органическими веществами (карбоновыми кислотами, жирами, аминокислотами, белками):

Соли калия используют как удобрения:

NaCl ∙ KCl — сильвинит

KCl — хлорид калия

K₂SO₄ — сульфат калия

калийные удобрения

К₂СO₃ — поташ

KNO₃ — нитрат калия

NH₄H₂PO₄, NH₄NO₃ и KCl (или K₂SO₄) - нитрофоска

комплексные удобрения

Магний и кальций

В главную подгруппу II группы периодической системы входят Be, Mg, Са, Sr, Ва, Ra.

Природные соединения: MgCO₃ — магнезит, КСl ∙ MgCl₂ ∙ 6Н₂O — карналлит, MgCO₃ ∙ СаСО₃ — доломит, СаС0₃ — мел, мрамор, известняк; CaSO₄ ∙ 2Н₂О — гипс; CaF₂ — флюорит,Ca₅(PO₄)₃F — фторапатит. В природной воде есть Са²⁺ и Mg²⁺.

Электронное строение атомов и ионов кальция и магния

Mg и Са — серебристо-белые легкие металлы, тяжелее щелочных, имеют более высокие t_пл. Активность Mg и Са высока, но меньше, чем щелочных металлов.

Химические свойства кальция и магния

1. Взаимодействуют с кислородом:

2Са + O₂ = 2СаО оксид кальция.

2. Медленно реагируют с водой:

Са — при нормальных условиях,

a Mg — только при нагревании.

3. Взаимодействуют с кислотами:

a) с соляной НСl и разбавленной серной образуется водород:

б) с азотной — продукты восстановления азота:

в) с серной — продукты восстановления серы:

4. Mg взаимодействует с растворами солей, вытесняет менее активные металлы:

Mg + CuSO₄ = MgSO₄ + Сu, а Са одновременно реагирует с водой.

Оксиды магния и кальция — MgO и СаО— белые тугоплавкие вещества, основные оксиды.

Химические свойства СаО	+ Н₂O: СаО + Н₂O = Са(ОН)₂
	+ кислоты: СаО + H₂SO₄ = CaSO₄ + Н₂O
	+ кислотный оксид: СаО + N₂O₅ = Ca(NO₃)₂
	+ амфотерный гидроксид: СаО + Zn(OH)₂ = CaZnO₂ + Н₂O

Гидроксиды магния и кальция — Mg(OH)₂ и Са(ОН)₂ — белые порошки, малорастворимые в воде.

Суспензия Са(ОН)₂ — известковое молоко, а водный раствор Са(ОН)₂ — известковая вода.

Са(ОН)₂ — гашеная известь, используется в строительстве, хлорная известь Са(СlO)₂ — дезинфицирующее средство.

Водная суспензия Mg(OH)₂ — лекарственное средство.

2CaSO₄ ∙ Н₂O — алебастр.

MgSO₄ ∙ 7Н₂O — глауберова соль (сернокислая магнезия) — лекарственный препарат.

Кислые ортофосфаты кальция применяют как фосфорные удобрения:

Са(Н₂РO₄)₂ ∙ Н₂O и CaSO₄ ∙ 2Н₂O — простой суперфосфат;

Са(Н₂РO₄)₂ ∙ Н₂O — двойной суперфосфат;

СаНРO₄ ∙ 2Н₂O — преципитат;

Са₃(РO₄)₂ — фосфоритная мука.

Ионы Са²⁺ и Mg²⁺ определяют (или обусловливают) жесткость воды.

Жесткость воды бывает:
временная, или карбонатная (Са²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-)	постоянная, или некарбонатная (Са²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Сl^-)
Методы устранения
1. При кипячении воды 2. Добавление кальцинированной соды Na₂CO₃ или извести Са(ОН)₂	1. Применение кальцинированной соды Na₂CO₃ или ортофосфата натрия Na₃PO₄

В свободном состоянии калий получил английский физик и химик Г. Дэви в 1807 г. электролизом едкого кали. Еще арабские ученые знали щелочи. «Алкали» с арабского — зола, щелочь. Отсюда и название калий, которое было введено в российскую номенклатуру в 1881 г. русским химиком Германом Ивановичем Гессом (1802-1850). Профессор Харьковского университета Ф. И. Гизе еще в 1813 г. использовал слово «калий», называя этот элемент.

Кальций в лабораторных условиях получил Г. Дэви в 1808 г. путем электролиза.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Назовите элемент: находится в I группе, относительная молекулярная масса гидроксида равна 40.

2. Назовите элемент: находится во II группе, массовая доля элемента в гидроксиде равна 54,05%.

3. Напишите уравнение реакции между простыми веществами, образованными элементами, электронные формулы атомов которых имеют следующие значения: ...3s¹ и ...2s²2p⁴. Укажите окислитель и восстановитель.

4. Укажите пары порядковых номеров элементов, высшие оксиды которых реагируют между собой. Составьте соответствующие уравнения реакций.

А 11 и 1.

Б 3 и 1.

В 19 и 25.

5. Укажите, какие из предложенных оксидов могут реагировать между собой: Na₂O, CaO, SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, SO₃, PbO, NO.

6. Объясните, почему солевой состав природной воды остается практически неизменным, в то время как реки ежегодно вносят в океан около 1,5 млн тонн гидрокарбоната кальция?

7. Запишите уравнения реакций, соответствующие таким преобразованиям:

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Какие частицы имеют такие же электронные оболочки, как и катион кальция?

А катион калия

Б атом хлора

В анион хлора

Г катион водорода

2. Жесткость воды обусловливают

А соли натрия

Б соли калия

В растворимые соли кальция и магния

Г соли лития

3. Жесткую воду перед использованием смягчают

А гашеной известью

Б хлоридом натрия

В сульфатом магния

Г содой

4. Укажите калийные удобрения.

А простой суперфосфат

Б преципитат

В сильвинит

Г костная мука

Д поташ

Е хлорид калия и сульфат калия

5. При взаимодействии щелочного металла с водой получили раствор щелочи массой 250 г с массовой долей щелочи 2,8% и газ объемом 1,4 л (н. у.). Определите название и порядковый номер этого металла в периодической системе Д. И. Менделеева.

А К; 19

Б Na; 11

В Rb; 37

Г Cs; 55

6. Массовая доля карбоната кальция в известняке составляет 90%. Какую массу известняка надо взять для получения гидроксида кальция массой 20 кг?

А 40 кг

Б 30 кг

В 3 кг

Г 3,5 кг

7. Расположите вещества в ряд по данной цепочке: основной оксид основание → средняя соль → кислая соль.

А Мg(НСO₃)₂

Б МgСO₃

В МgО

Г Мg(OН)₂

8. На раствор, содержащий 16 г смеси хлорида натрия и сульфата натрия, подействовали избытком раствора нитрата бария. При этом образовался осадок массой 23,3 г. Найдите массовые доли солей натрия в смеси.

А 85% Na₂SO₄; 15% NaCl

Б 85,5% Na₂SO₄; 14,5% NaCl

B 88,75% Na₂SO₄; 11,25% NaCl

Г 87% Na₂SO₄; 13% NaCl

9. На сгорание двухвалентного металла массой 0,4 г расходуется кислород массой 0,16 г. Определите этот металл.

А Са

Б Сu

В Zn

Г Мg

10. При взаимодействии одновалентного металла массой 2,8 г с водой образовался гидроксид, масса которого равна 9,6 г. Определите этот металл.

A Li

Б Na

В К

Г Rb

11. На взаимодействие с двухвалентным металлом массой 2,4 г израсходовано 200 г раствора этановой кислоты с массовой долей растворенного вещества 6%. Определите этот металл.

А Мg

Б Са

В Сu

Г Zn

12. Оксид углерода(IV), полученный при сжигании 4,48 л метана (н. у.), пропустили через раствор гидроксида натрия, объем которого 100 мл, плотность 1,32 г/см³, массовая доля растворенного вещества 28%. Какая соль образовалась при этом? Определите ее массу.

А 2 г Na₂CO₃

Б 2,12 г Na₂CO₃

В 2,3 г Na₂CO₃

Г 2,4 г Na₂CO₃

13. Какая масса известняка, содержащего 5% некарбонатных примесей, необходима для получения негашеной извести массой 112 кг?

А 21 кг

Б 210,53 кг

В 2110 кг

Г 2000 кг

14. Барий получают восстановлением его оксида алюминием. Укажите массовую долю практического выхода бария, если из оксида бария массой 4,59 кг было получено 3,8 кг этого металла.

А 93%

Б 92,46%

В 95%

Г 96%

15. Укажите массу гидроксида-натрия, необходимого для полной нейтрализации 126 г раствора азотной кислоты с массовой долей 10%.

А 12 г

Б 18 г

В 8 г

Г 10 г