Элементы II– А группы: Be, Mg и Щелочноземельные металлы Са,Sr, Ba
Строение и свойства атомов элементов подгруппы бериллия
4Be 1s2 │2s2
12Mg 1s22s2 2p6 │3s2
20Ca 1s22s2 2p63s2 3p6 │4s2
38Sr 1s22s2 2p63s2 3p64s2 3d10 4p6 │5s2
56Ba 1s22s2 2p63s2 3p64s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 │6s2
88Ra 1s22s2 2p63s23p64s23d104p65s2 4d10 5p6 6s1 5d106p6 │7s2
Элементы второй группы главной подгруппы имеют по 2 валентных электрона на внешнем энергетическом уровне, чуть меньший радиус атома, чем щелочные элементы того же периода, легко отдают два внешних валентных электрона и, поэтому имеют устойчивую степень окисления +2. С ростом порядкового номера элемента отдача электронов облегчается, поэтому металлические свойства закономерно возрастают сверху вниз в подгруппе.
! Бериллий и магний не относятся к щелочноземельным металлам. Сходны между собой Са, Sr, Ba и Ra (щелочноземельные металлы). Они во многом напоминают щелочные металлы: образуют солеобразные гидриды, степень окисления водорода в которых — 1, их гидроксиды — сильные основания.
В природе они встречаются исключительно в виде соединений. В соединениях ионная химическая связь.
Простые вещества
В виде простых веществ элементы второй группы главной подгруппы — это типичные металлы с металлической связью и металлической кристаллической решеткой. Все эти металлы — сильные восстановители, однако несколько более слабые, чем щелочные металлы.
Металлы второй А подгруппы химически довольно активны. На воздухе они окисляются, при этом получаются основные оксиды типа ЭО, которым соответствуют основания типа Э(ОН)2. Растворимость и основный характер оснований возрастают от Be к Ra. Ве(ОН)2 — амфотерный гидроксид, Mg(OH)2 - нерастворимое основание. Гидроксиды кальция и стронция малорастворимы, но жидкость над осадком имеет сильно щелочную среду.
2Be + O2 = 2BeO Бериллий поджигается с трудом
2Mg + O2 =2 MgO магний и щелочноземельные металлы горят на воздухе.
2Сa + O2 = 2CaO
Барий образует смесь оксида 2Ba + O2 = 2BaO и пероксида Ba + O2 = 2BaO2
Взаимодействие с неметаллами приводит к образованию бинарных соединений.
Са + H2 = CaH2
Be + S = BeS
Be + Cl2 = BeCl2
Be с водой не взаимодействует, Мg взаимодействует лишь при кипячении, а остальные металлы — при обычных условиях: Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Металлы IIА группы активно реагируют с разбавленными кислотами:
Mg + H2SO4(разб.) = MgSO4 + H2
Ве + 2HCl = ВеCl2 + Н2
Бериллий не только образует амфотерные оксид и гидроксид, но и сам реагирует с щелочами:
в концентрированных растворах Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2
при сплавлении Be + 2NaOH = Na2ВеО2 + H2
Взаимодействие с кислотами окислителями (азотной, концентрированной серной):
3Ве + 8HNO3 (разб) = 3Ве(NO3)2 + 2NO + 4H2O как малоактивные Ме
4Mg + 10HNO3(разб) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O как активные Ме
4Ca + 10HNO3 (конц) = 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O обычно
4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O может быть и газ с запахом тухлых яиц. Что получится понимаем по контексту задачи.
Магний и кальций используют в качестве восстановителей:
V2O5 +5Ca=5CaO +2V
Магний восстанавливает из оксидов не только металлы, но и неметаллы:
2Mg + CO2= 2MgO+ C
2Mg +SiO2 = 2 MgO +Si (< 800C)
2Mg +SiO2 = 2 Mg2Si + MgO (1000C)
4Mg + KNO3 + 6H2O = KOH + 4Mg(OH)2 + NH3
Нахождение в природе
Наименование «щелочноземельные элементы» связано с принятым во времена алхимиков обычаем называть все плохо растворимые в воде соединения "землями": окись магния МgО — горькозем; окись алюминия А12О3 - глинозем; двуокись кремния SiO2 — кремнозем и т.д.
Поскольку земли CaO, SrO, BaO при смачивании водой давали щелочную реакцию, эти окислы стали называть щелочными землями, а элементы — щелочноземельными.
Наиболее распространены минералы, в составе которых элементы подгруппы бериллия встречаются в природе:
Be: Be3Al2(SiO3)6 берилл (изумруд)
Mg: CaCO3•MgCO3 доломит, MgCO3 магнезит, МgС12•КС1•6Н2О карналит,
Са: СаСО3 известняк,мел, мрамор; Са3(РО4)2 фосфорит, СаР2 флюорит, CaSO4•2Н2О гипс.
Sr: SrCO3 стронцианит, SrSO4 целестин.
Ba: BaSO4 барит, ВаСО3 витерит.
Получение металлов подгруппы бериллия
Важнейшим способом получения металлов второй группы главной подгруппы является электролиз их расплавленных хлоридов (или других галогенидов). Магний, помимо электролиза расплава смеси хлоридов магния и калия, получают восстановлением доломита СаСО3 ● МgСО3 кремнием, или восстановлением оксида магния углем в электрических печах. Барий принято получать металлотермическим (алюминотермическим) способом.
Cоединения металлов IIА группы
1) Оксиды.
Оксид магния, оксиды щелочноземельных металлов – основные. Вступают в реакции с водой, кислотными оксидами, кислотами. Оксид бериллия – амфотерный. Амфотерность оксида бериллия выражается в его способности реагировать как с кислотами, так и с щелочами при сплавлении или в растворе.
CaO + H2O = Ca(OH)2 (реакция идет при комнатной температуре)
MgO + H2O(пар) = Mg(OH)2 (100° – 150°С)
CaO + CO2 = CaCO3
BaO + 2H2S = Ba(HS)2 + H2O
BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O
BeO + 2NaOH =Na2BeO2 + H2O сплавление
BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4]
BaO2 + 2H2SO4 + 2FeSO4 = BaSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2O
MgO + H2O + CO2 = (MgOH)2CO3
MgO + CO = Mg + CO2
3BaO + Si = BaSiO3 + 2Ba
СaO + C = CaC2 + CO (но Ве2С !)
MgO + C = Mg + CO
2MgO + CaO + Si = CaSiO3 (шлак) + 2Mg
2) Гидроксиды.
Гидроксид магния, гидроксиды щелочноземельных металлов – характер основный, гидроксид бериллия – характер амфотерный.
Качественная реакция Сa(OH)2 (избыток) + CO2 = СaCO3 + H2O помутнение известковой воды, с последующим просветлением раствора :
Ca(OH)2 + 2CO2(избыток) = Ca(HCO3)2.
С кислотами:
Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O
Ca(OH)2 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + 2H2O
Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O
3Mg(OH)2 + H3PO4 = (MgOH)3PO4 + 3H2O
Разложение Mg(OH)2 = MgO + H2O
Амфотерные свойства:
Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O
Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4]
3) Соли.
реакции с выделением газа:
Са(НСО3)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O + 2CO2
СаСО3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2
BaS + 2HCl = BaCl2 + H2S↑
реакции с выпадением осадка:
(CH3COO)2Ca + Na2CO3 = CaCO3↓+ 2CH3COONa
Ba(HS)2 + Na2CO3 = ↓BaCO3 + 2NaHS
Ba(H2PO4)2 + 2Ba(OH)2 = Ba3(PO4)2 + 4H2O
Mg(CH3COO)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2CH3COONa
Качественная реакция на ионы бария BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl . Бариевое молоко не растворяется в кислотах.
Ba(NO3)2 + FeSO4 = Fe(NO3)2 + ↓BaSO4
ОВР
BaSO3 + H2O2 = BaSO4 + H2O
ВaSO4 + 4C = BaS + 4CO
BaSO4 + 4CO = BaS + 4CO2
BaSO4 + 4H2 = BaS + 4H2O
BaSO4 + 4H2 = BaS + 4H2O
Ba3(PO4)2 + 5C = 3BaO + 2P + 5CO
Фосфаты и гпдрофосфата в кислотах растворяются:
Ba3(PO4)2 + 6HNO3 = 3Ba(NO3)2 + 2H3PO4,
Ba(H2PO4)2 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + 2H3PO4.
Ca(ClO)2 + 4NaBr + 2H2O = CaCl2 + 4NaOH + 2Br2
4) Бинарные соединения.
СаH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Ме3N2 + 6H2O = 3Ме(OH)2 +2 NH3 ↑ ;
Mg3N2 + 3H2SO4 = 3MgSO4 + 2NH3↑
Ba3N2 + 6H2O = ↓3Ba(OH)2 + 2NH3
Mg3N2 + 8HBr = 3MgBr2 + 2NH4Br
Ме3P2 + 6H2O = 3Ме(OH)2 + 2 PH3 ↑;
Са3Р2 + 6Н2О = 2РН3↑ + 3 Са(ОН)2
Mg2Si + 4H2O(хол.) = 2Mg(OH)2↓ + SiH4↑
Карбиды гидролизуются по разному: Ве2C + 4H2O = 2Ве(OH)2 + CH4↑ метан
4МеC2 + 2H2O = Ме(OH)2 + C2H2 ↑ ацетилен
например CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑.
ОВР бинарных соединений:
5Ca3P2 + 16KMnO4 + 24H2SO4 = 5Ca3(PO4)2 + 16MnSO4 + 8K2SO4 + 24H2O
Ca3P2 + 2KMnO4 + 4H2O = 3Ca(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH + 2P
Ca3P2 + 8Cl2 + 8H2O = Ca3(PO4)2 + 16HCl
Ca3P2 (тв). + 8H2SO4(конц.) = Ca3(PO4)2 + 8SO2 + 8H2O
Ca3P2 + 22HNO3 = 3Ca(NO3)2 + 16NO2 + 2H3PO4 + 8H2O
3Ca3P2 + 8K2Cr2O7 + 64HCl = 3Ca3(PO4)2 + 16KCl + 16CrCl3 + 32H2O
Жесткость воды.
Под жесткостью воды понимают особые свойства, обусловленные содержанием в воде катионов Ca2+ и Mg2+ ─ мыло при стирке не мылится, при кипячении образуется накипь, пищевые продукты с трудом развариваются, сваренные овощи невкусные, плохо заваривается чай. Жесткая вода очень вредна для металлических конструкций, трубопроводов, кожухов охлаждаемых машин (корродируют).
При этом различают временную (устранимую кипячением) и постоянную жесткость воды.
Временная жесткость определяется содержанием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния Ca (HCO₃)₂и Mg (HCO₃)₂. Ее устраняют кипячением или добавлением соды. При кипячении воды растворимые в ней гидрокарбонаты разлагаются и выпадают в осадок (накипь в чайнике):
Ca (HCO3)2 = CaCO3 +H2O
Mg (HCO₃)₂ = MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O;
2Mg CO₃ + H₂O = (MgOН)2 CO3↓ + CO₂↑;
Постоянная жесткость обусловлена содержанием в ней других растворимых в воде солей этих металлов - хлоридов и сульфатов. Постоянную жесткость устраняют добавлением соды.
Сa(HSО4)2 + Na2CO3 = ↓СaCO3 + 2NaHSО4
СaCl2 + Na2CO3 = ↓СaCO3 + 2NaCl
Сумма временной и постоянной жесткости воды составляет еe общую жесткость.
Любимые мои цепочки (IIА группа)
1. К нерастворимой в воде соли белого цвета, которая встречается в природе в виде широко используемого в строительстве и архитектуре минерала, прилили раствор соляной кислоты, в результате соль растворилась, и выделился газ, при пропускании которого через известковую воду выпал осадок белого цвета; осадок растворился при дальнейшем пропускании газа. При кипячении полученного раствора выпадает осадок. Напишите уравнения описанных реакций.
2. Кальций растворили в воде. При пропускании через полученный раствор сернистого газа образуется осадок белого цвета, который растворяется при пропускании избытка газа. Добавление к полученному раствору щелочи приводит к образованию осадка белого цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
3. Раствор, полученный при пропускании сернистого газа через бромную воду, нейтрализовали гидроксидом бария. Выпавший осадок отделили, смешали с коксом и прокалили. При обработке продукта прокаливания хлороводородной кислотой выделился газ с запахом тухлых яиц. Напишите уравнения описанных реакций.
Был ли полезен материал?
Подпишись на канал и получай больше полезностей
Готовимся к ЕГЭ здесь: https://vk.com/egehi
Теория и полезные статьи здесь: https://dzen.ru/egehi
Разбор заданий: https://t.me/egehiElenaSharifulina
Хочешь больше тематических вариантов?
Поставь лайк, пожалуйста...