Металлы IIA-группы

Гидроксиды элементов $IIA$ группы реагируют с кислотными оксидами и кислотами: $$ Ca(OH)_2 + CO_2 = CaCO_3\downarrow + H_2O, $$ $$ Mg(OH)_2 + 2CH_3COOH = (CH_3COO)_2Mg + 2H_2O. $$ Амфотерный $Be(OH)_2$ растворяется в растворах щелочей: $$ Be(OH)_2 + 2KOH = K_2[Be(OH)_4]. $$ В твёрдом состоянии эти вещества реагируют при сплавлении: $$ Be(OH)_2 + 2KOH(тв) \xrightarrow{t} K_2BeO_2 + 2H_2O. $$ При внесении металла или его соединения на платиновой проволоке в бесцветное пламя горелки оно окрашивается в соответствующий цвет. Ионы $Ca^{2+}$ дают кирпично-красное (тускло-красное) свечение, ионы $Sr^{2+}$ — красно-малиновое , $Ba^{2+}$ — травянисто-зелёное . Получение. Бериллий получают восстановлением магнием из фторида: $$ BeF_2 + Mg \xrightarrow{t} Be + MgF_2. $$ Один из способов получения магния в промышленности — из морской воды. Содержащиеся в ней ионы магния осаждают в виде гидроксида, который затем переводят в хлорид: $$ Mg(OH)_2 + 2HCl = MgCl_2 + 2H_2O. $$ Получившийся хлорид магния обезвоживают, расплавляют и используют для электролитического получения магния: $$ MgCl_2(расплав) = Mg + Cl_2\uparrow. $$ Можно получать магний, нагревая оксид с углеродом (коксом): $$ MgO + C \xrightarrow{t} Mg + CO. $$ Для получения бария используют алюмотермию: $$ 3BaO + 2Al \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3Ba. $$ Кальций и стронций получают электролизом расплавов хлоридов: $$ CaCl_2(расплав) = Ca + Cl_2\uparrow. $$ Для получения оксидов металлов $IIA$ группы, кроме прямого взаимодействия металлов с кислородом, используют реакции термического разложения солей и гидроксидов: $$ CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2\uparrow, $$ $$ 2Mg(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2MgO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow, $$ $$ Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaO + H_2O. $$ Для получения гидроксидов элементов $IIА$ группы можно использовать реакции гидридов, нитридов, фосфидов и карбидов этих элементов с водой: $$ BaH_2 + 2H_2O = Ba(OH)_2 + 2H_2\uparrow, $$ $$ CaC_2 + 2H_2O = Ca(OH)_2 + C_2H_2\uparrow. $$ Применение. Бериллий используют для получения лёгких, жаропрочных сплавов. Магний нужен для получения лёгких сплавов (особенно с алюминием) для нужд автомобиле- и самолётостроения. Магний применяют в качестве протекторных анодов для защиты стальных трубопроводов от коррозии. Соединения кальция находят применение в производстве стекла, в промышленности строительных материалов (цемент, бетон, гипс, кирпич). Задачи Задача 1 Условие Даны элементы: 1) $Na$, 2) $Be$, 3) $Cl$, 4) $Ba$, 5) $Mg$. Определите, какие из указанных элементов образуют устойчивый положительный ион, содержащий $10$ электронов. Выберите три элемента, которые в Периодической системе находятся в одной группе, и расположите эти элементы в порядке усиления металлических свойств. Выберите два элемента, которые в соединениях могут проявлять степень окисления $+1$. Решение Устойчивые положительные ионы, содержащие по $10$ электронов, — это $Na^+$ и $Mg^{2+}$. Три элемента — $Be$, $Ba$ и $Mg$ — принадлежат к одной подгруппе $IIA$. Металлические свойства усиливаются вниз по подгруппе, поэтому правильный порядок: $Be$, $Mg$, $Ba$. Степень окисления $+1$ проявляют элементы $Na$ и $Cl$. Ответ а) $15$; б) $254$; в) $13$. Задача 2 Условие В двух пробирках находился раствор гидрокарбоната кальция. В первую пробирку добавили раствор вещества $X$, а во вторую — раствор вещества $Y$. В первой пробирке выделился газ, во второй образовался осадок. Из предложенного перечня выберите вещества $X$ и $Y$, которые могут вступать в описанные реакции. $HNO_3$ $Br_2$ $Ba(OH)_2$ $KClO_3$ $NaCl$ Решение Вещество $X$ — азотная кислота: $$ Ca(HCO_3)_2 + 2HNO_3 = Ca(NO_3)_2 + 2CO_2\uparrow + 2H_2O. $$ Вещество $Y$ — гидроксид бария: $$ Ca(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 = CaCO_3\downarrow + BaCO_3\downarrow + 2H_2O. $$ Ответ X Y 1 3 Задача 3 Условие Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ. РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ А) $Ca_3(PO_4)_2$ и $H_2SO_4$ 1) $CaCl_2 + CO_2 + H_2O$ Б) $Ca(H_2PO_4)_2$ и $Ca(OH)_2$ 2) $CaCO_3 + Cl_2 + H_2O$ В) $Ca(HCO_3)_2$ и $Ca(OH)_2$ 3) $CaCO_3 + H_2O$ Г) $Ca(HCO_3)_2$ и $HCl$ 4) $CaSO_4 + H_3PO_4 + SO_2$ 5) $CaSO_4 + H_3PO_4$ 6) $CaHPO_4 + H_2O$ Решение Это — обменная реакция, сильная кислота вытесняет слабую из её соли: $$ Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 = 3CaSO_4 + 2H_3PO_4. $$ Щёлочь частично отнимает ионы водорода у кислой соли: $$ Ca(H_2PO_4)_2 + Ca(OH)_2 = 2CaHPO_4 + 2H_2O. $$ Аналогично Б, но с кислью солью угольной кислоты: $$ Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 = 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O. $$ Сильная кислота вытесняет слабую из её кисленной соли: $$ Ca(HCO_3)_2 + 2HCl = CaCl_2 + 2CO_2\uparrow + 2H_2O. $$ Ответ А Б В Г 5 6 3 1