Жёсткость и способы её устранения

Жёсткость и способы её устранения

БЕРИЛЛИЙ, МАГНИЙ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ   К главной подгруппе второй группы относятся металлы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий. Щелочноземельные металлы - кальций, стронций, барий, радий. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ В земной коре содержится бериллия - 0,00053%, магния - 1,95%, кальция - 3,38%, стронция - 0,014%, бария - 0,026%, радий - искусственный элемент. Встречаются в природе только в виде соединений - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, фосфатов, сульфатов и т.д. Важнейшие минералы: Be 3BeO • Al2O3 • 6SiO2 – берилл Mg MgCO3 – магнезит CaCO3 • MgCO3 – доломит KCl • MgSO4 • 3H2O – каинит KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит MgCl2·6H2O - бишофит Ca CaCO3 – кальцит (известняк, мрамор и др.) Ca3(PO4)2 – апатит, фосфорит CaSO4 • 2H2O – гипс CaSO4 – ангидрит CaF2 – плавиковый шпат (флюорит) Sr SrSO4 – целестин SrCO3 – стронцианит Ba BaSO4 – барит BaCO3 – витерит ПОЛУЧЕНИЕ 1. Бериллий получают восстановлением фторида:   BeF2 + Mg t˚C→ Be + MgF2   2. Барий получают восстановлением оксида:   3BaO + 2Al t˚C→ 3Ba + Al2O3   3. Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов: Т.к. металлы данной подгруппы сильные восстановители, то получение возможно только путем электролиза расплавов солей. В случае Са обычно используют CaCl2 (c добавкой CaF2 для снижения температуры плавления) CaCl2=Ca+Cl2↑   ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип, плотностями и твердостью.   ПРИМЕНЕНИЕ Бериллий (Амфотерен) Магний Ca, Sr, Ba, Ra 1. Изготовление теплозащитных конструкций для косм. кораблей (жаропрочность, теплоёмкость бериллия) 2. Бериллиевые бронзы (лёгкость, твёрдость, жаростойкость, антикоррозионность сплавов, прочность на разрыв выше стали, можно прокатывать в ленты толщиной 0,1 мм) 3. В атомных реакторах, рентгенотехнике, радиоэлектронике 4. Сплав Be, Ni, W- в Швейцарии делают пружины для часов Но Be –хрупок, ядовит и очень дорогой 1. Получение металлов – магнийтермия (титан, уран, цирконий и др) 2. Для получения сверхлёгких сплавов (самолётостроение, производство автомобилей) 3. В оргсинтезе 4. Для изготовления осветительных и зажигательных ракет. 1. Изготовление свинцово-кадмиевых сплавов, необходимых при производстве подшипников. 2. Стронций – восстановитель в производстве урана. Люминофоры - соли стронция. 3. Используют в качестве геттеров, веществ для создания вакуума в электроприборах. Кальций Получение редких металлов, входит в состав сплавов. Барий Газопоглотитель в электронно-лучевых трубках. Радий Рентгенодиагностика, исследовательские работы.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. Очень реакционноспособны, сильные восстановители. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba

2. Обладают положительной валентностью +2.

3. Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода.

4. С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH₂.

5. Оксиды имеют общую формулу ЭО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов.

 

Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде, но с горячей водой магний реагирует и образует основание Mg(OH)_2.

В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂­

Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий образует пероксид – BaO₂:

2Mg + O₂ → 2MgO

Ba + O₂ → BaO₂

Опыт "Горение кальция на воздухе"

Получение

 

1) Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид)

2) Термическое разложение нитратов или карбонатов

 

CaCO₃ ^t˚C→ CaO + CO₂­

2Mg(NO₃)₂ ^t˚C→ 2MgO + 4NO₂­ + O₂­

 

Химические свойства

 

Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO и MgO), кислотными оксидами и кислотами

 

СаO + H₂O → Са(OH)₂

3CaO + P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂

BeO + 2HNO₃ → Be(NO₃)₂ + H₂O

 

BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах:

 

BeO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄]

 

Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)₂

 

Получение

Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂­

CaO (негашеная известь) + H₂O → Ca(OH)₂(гашеная известь) Видео-опыт

Химические свойства

 

Гидроксиды R(OH)₂ - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)₂ – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)₂ увеличивается с увеличением атомного номера:

 

Be(OH)₂ – амфотерный гидроксид

Mg(OH)₂ – слабое основание

Са(OH)₂ - щелочь

остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи).

 

1) Реакции с кислотными оксидами:

 

Ca(OH)₂ + СO₂ → CaСO₃↓ + H₂O! Качественная реакция на углекислый газ

Ba(OH)₂ + SO₂ → BaSO₃↓ + H₂O

 

2) Реакции с кислотами:

 

Ba(OH)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

 

3) Реакции обмена с солями:

 

Ba(OH)₂ + K₂SO₄ → BaSO₄↓+ 2KOH

 

4) Реакция гидроксида бериллия со щелочами:

 

Be(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Be(OH)₄]

 

Жесткость воды

 

Природная вода, содержащая ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, называется жесткой. Жесткая вода при кипячении образует накипь, в ней не развариваются пищевые продукты; моющие средства не дают пены.

Карбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная (постоянная) жесткость – хлоридов и сульфатов.

Общая жесткость воды рассматривается как сумма карбонатной и некарбонатной.

 

Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ (см. способы устранения жёсткости воды):

 

1) кипячением:

Сa(HCO₃)₂ ^t˚C→ CaCO_3↓+ CO₂­ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ ^t˚C→ MgCO₃↓+ CO₂­ + H₂O

 

2) добавлением известкового молока:

 

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

 

3) добавлением соды:

 

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ →CaCO₃↓+ 2NaHCO₃

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄

MgCl₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + 2NaCl

 

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр №1 " Строение атомов элементов главной подгруппы II группы и изменение свойств атомов с увеличением порядкового номера элемента"

Тренажёр №2 " Уравнения реакций магния и щелочноземельных металлов с кислородом"

Тренажёр №3 "Уравнения реакций, характеризующих химические свойства оксидов магния и щелочноземельных металлов"

Тренажёр №4 " Характеристика реакции гидроксида кальция с соляной кислотой"

Тренажёр №5 " Характеристика кальция по положению в Периодической системе Д. И. Менделеева"

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Используя дополнительные источники и учебник, заполните таблицу «Соединения кальция»

Название вещества	Химическая формула	Физические свойства	Практическое значение
Гашёная известь
Негашёная известь
Известковое молоко
Известковая вода
Гипс природный
Жжёный гипс

 

№2. Составьте уравнения реакций для осуществления следующих превращений:
Ca -> CaO -> Ca(OH)₂ -> CaCO₃ -> CaO -> CaCl₂ -> Ca₃(PO₄)₂
Уравнение последней реакции запишите не только в молекулярном, но и в ионном виде.

 

№3. Дайте характеристику КАЛЬЦИЮ по плану:
1. Положение в ПСХЭ
2. Строение атома
3. Физические свойства
4. Получение
5. Химические свойства (запишите УХР кальция с кислородом, серой, соляной кислотой, водой, водородом, хлором)
6. Применение кальция.

 

 

Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий образует пероксид – BaO₂:

2Mg + O₂ → 2MgO

Ba + O₂ → BaO₂

Опыт "Горение кальция на воздухе"

Получение

 

1) Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид)

2) Термическое разложение нитратов или карбонатов

 

CaCO₃ ^t˚C→ CaO + CO₂­

2Mg(NO₃)₂ ^t˚C→ 2MgO + 4NO₂­ + O₂­

 

Химические свойства

 

Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO и MgO), кислотными оксидами и кислотами

 

СаO + H₂O → Са(OH)₂

3CaO + P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂

BeO + 2HNO₃ → Be(NO₃)₂ + H₂O

BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах:

 

BeO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄]

 

Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)₂

 

Получение

Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂­

CaO (негашеная известь) + H₂O → Ca(OH)₂(гашеная известь) Видео-опыт

Химические свойства

 

Гидроксиды R(OH)₂ - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)₂ – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)₂ увеличивается с увеличением атомного номера:

 

Be(OH)₂ – амфотерный гидроксид

Mg(OH)₂ – слабое основание

Са(OH)₂ - щелочь

остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи).

 

1) Реакции с кислотными оксидами:

 

Ca(OH)₂ + СO₂ → CaСO₃↓ + H₂O! Качественная реакция на углекислый газ

Ba(OH)₂ + SO₂ → BaSO₃↓ + H₂O

 

2) Реакции с кислотами:

 

Ba(OH)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

 

3) Реакции обмена с солями:

 

Ba(OH)₂ + K₂SO₄ → BaSO₄↓+ 2KOH

 

4) Реакция гидроксида бериллия со щелочами:

 

Be(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Be(OH)₄]

Жесткость воды

 

Природная вода, содержащая ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, называется жесткой. Жесткая вода при кипячении образует накипь, в ней не развариваются пищевые продукты; моющие средства не дают пены.

Карбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная (постоянная) жесткость – хлоридов и сульфатов.

Общая жесткость воды рассматривается как сумма карбонатной и некарбонатной.

 

Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ (см. способы устранения жёсткости воды):

 

1) кипячением:

Сa(HCO₃)₂ ^t˚C→ CaCO_3↓+ CO₂­ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ ^t˚C→ MgCO₃↓+ CO₂­ + H₂O

 

2) добавлением известкового молока:

 

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

 

3) добавлением соды:

 

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ →CaCO₃↓+ 2NaHCO₃

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄

MgCl₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + 2NaCl

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Используя дополнительные источники и учебник, заполните таблицу «Соединения кальция»

Название вещества	Химическая формула	Физические свойства	Практическое значение
Гашёная известь
Негашёная известь
Известковое молоко
Известковая вода
Гипс природный
Жжёный гипс

 

№2. Составьте уравнения реакций для осуществления следующих превращений:
Ca -> CaO -> Ca(OH)₂ -> CaCO₃ -> CaO -> CaCl₂ -> Ca₃(PO₄)₂
Уравнение последней реакции запишите не только в молекулярном, но и в ионном виде.

№3. Дайте характеристику КАЛЬЦИЮ по плану:
1. Положение в ПСХЭ
2. Строение атома
3. Физические свойства
4. Получение
5. Химические свойства (запишите УХР кальция с кислородом, серой, соляной кислотой, водой, водородом, хлором)
6. Применение кальция.

 

Характеристики

Бериллий Магний Кальций

Схема строения атома

     

Электронная формула

     

Химические свойства

с хлором

 

 

 

с азотной кислотой с серной кислотой с серой с соляной кислотой с водой  с водородом  с кислородом гидроксид натрия

Применение

     

 

 

Жёсткость и способы её устранения

БЕРИЛЛИЙ, МАГНИЙ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ   К главной подгруппе второй группы относятся металлы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий. Щелочноземельные металлы - кальций, стронций, барий, радий. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ В земной коре содержится бериллия - 0,00053%, магния - 1,95%, кальция - 3,38%, стронция - 0,014%, бария - 0,026%, радий - искусственный элемент. Встречаются в природе только в виде соединений - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, фосфатов, сульфатов и т.д. Важнейшие минералы: Be 3BeO • Al2O3 • 6SiO2 – берилл Mg MgCO3 – магнезит CaCO3 • MgCO3 – доломит KCl • MgSO4 • 3H2O – каинит KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит MgCl2·6H2O - бишофит Ca CaCO3 – кальцит (известняк, мрамор и др.) Ca3(PO4)2 – апатит, фосфорит CaSO4 • 2H2O – гипс CaSO4 – ангидрит CaF2 – плавиковый шпат (флюорит) Sr SrSO4 – целестин SrCO3 – стронцианит Ba BaSO4 – барит BaCO3 – витерит ПОЛУЧЕНИЕ 1. Бериллий получают восстановлением фторида:   BeF2 + Mg t˚C→ Be + MgF2   2. Барий получают восстановлением оксида:   3BaO + 2Al t˚C→ 3Ba + Al2O3   3. Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов: Т.к. металлы данной подгруппы сильные восстановители, то получение возможно только путем электролиза расплавов солей. В случае Са обычно используют CaCl2 (c добавкой CaF2 для снижения температуры плавления) CaCl2=Ca+Cl2↑   ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип, плотностями и твердостью.   ПРИМЕНЕНИЕ Бериллий (Амфотерен) Магний Ca, Sr, Ba, Ra 1. Изготовление теплозащитных конструкций для косм. кораблей (жаропрочность, теплоёмкость бериллия) 2. Бериллиевые бронзы (лёгкость, твёрдость, жаростойкость, антикоррозионность сплавов, прочность на разрыв выше стали, можно прокатывать в ленты толщиной 0,1 мм) 3. В атомных реакторах, рентгенотехнике, радиоэлектронике 4. Сплав Be, Ni, W- в Швейцарии делают пружины для часов Но Be –хрупок, ядовит и очень дорогой 1. Получение металлов – магнийтермия (титан, уран, цирконий и др) 2. Для получения сверхлёгких сплавов (самолётостроение, производство автомобилей) 3. В оргсинтезе 4. Для изготовления осветительных и зажигательных ракет. 1. Изготовление свинцово-кадмиевых сплавов, необходимых при производстве подшипников. 2. Стронций – восстановитель в производстве урана. Люминофоры - соли стронция. 3. Используют в качестве геттеров, веществ для создания вакуума в электроприборах. Кальций Получение редких металлов, входит в состав сплавов. Барий Газопоглотитель в электронно-лучевых трубках. Радий Рентгенодиагностика, исследовательские работы.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. Очень реакционноспособны, сильные восстановители. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba

2. Обладают положительной валентностью +2.

3. Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода.

4. С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH₂.

5. Оксиды имеют общую формулу ЭО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов.

 

Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде, но с горячей водой магний реагирует и образует основание Mg(OH)_2.

В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂­

Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий образует пероксид – BaO₂:

2Mg + O₂ → 2MgO

Ba + O₂ → BaO₂

Опыт "Горение кальция на воздухе"