Лабораторная работа № 8 элементы II а группы

Теоретическая часть.

Бериллий Be и магний Mg по свойствам отличаются от других металлов. Be имеет очень маленький радиус иона и довольно большой потенциал ионизации. Практически во всех соединениях его связи имеют ковалентный характер. Только он дает устойчивые комплексные соединения. Оксиды и гидрооксиды имеют амфотерный характер. Поверхность бериллия покрыта устойчивой к воздуху, воде и кислотам оксидной пленкой. Устойчивость к воде объясняется еще и малой растворимостью оксида и гидроксида. Магний занимает промежуточное положение между бериллием и остальными эле­ментами группы. В соединениях его связи носят более ионный характер. Оксид и гидроксид, хотя плохо растворяются в воде, но имеют основной характер, поэтому растворяются в кислотах.

Кальций Са, стронций Sr, барий Ba образуют ряд элементов, в котором химические и физические свойства изменяются систематически. Их называют щелочно-земельными. В группе сверху вниз увеличивается ионный характер связи в соединениях этих металлов, также увеличивается растворимость и сила гидроксидов. Водные растворы их солей не подвергаются гидролизу.

Щелочноземельные элементы – это легкие серебристо-белые металлы. Относятся к легкоплавким и легким элементам. Они очень легко окисляются кислородом воздуха (так как защитная оксидная пленка не образуется), легко взаимодействует с водой, кислотами, соединяются непосредственно с водородом, образуя гидриды (например, СаН₂). Летучие соли щелочно-земельных металлов окрашивают пламя горелки в различные цвета. Это объясняется низкими значениями энергий ионизации. Обратный переход возбужденных электронов в нормальное состояние сопровождается выделением квантов энергии, длины волн которых находятся в видимой части спектра. Наибольший практический интерес представляют соединения кальция. Негашеная известь СаО энергично присоединяет воду, образуя гашеную известь Са(ОН)₂ и выделяя значительное количество тепла.

СаO + H₂O ⁼ Ca(OH)₂ + 16 ккал/моль

Раствор гашеной извести обладает вяжущими свойствами, т.к. поглощает углекислый газ из воздуха и переходит в прочную массу СаСО₃:

Са(OH)₂ + СО₂ ⁼ СаСО₃ + Н₂О

В смеси гашеной извести с песком и водой частично образуется силикат кальция:

Са(ОН)₂ + SiO₂ ⁼ CaSiO₃ + H₂О

Насыщенный раствор Са(ОН)₂ называется известковой водой. Гипс СаSО₄·2Н₂О при неполном обжиге превращается в алебастр 2CaSO₄·H₂O (CaSO₄·l/2H₂O). Замещенный водой алебастр быстро твердеет, превращаясь опять в гипс. При этом масса немного расширяется и точно воспринимает ту форму, в которой гипс затвердел.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида магния

В две пробирки налить по 2...3 капли раствора соли магния и по 1...2 капли раствора NaOH. Затем в одну пробирку добавить избыток щелочи (3...4 капли), а в другую – столько же кислоты. В обеих ли пробирках растворяется осадок? Написать уравнения реакций.

Опыт 2. Сравнение способности к гидролизу растворов хлоридов Mg, Са, Ва.

На три бумажки универсального индикатора прилить по капле растворы MgCl₂, CaCl₂ , BaCl₂. Сравнить полученные цвета бумажек с цветной табличкой универсального индикатора. Записать рН растворов солей. Отметить, какие соли подвергаются гидролизу. Написать уравнения гидролиза в ионном виде. Сделать вывод об относительной силе оснований этих элементов.

Опыт 3. Получение труднорастворимых солей щелочно-земельных элементов

1. В две пробирки налить по 2...3 капли растворов солей кальция и бария. В каждую из них добавить по 2...3 капли раствора сульфата натрия (Na₂SO₄). Отметить вид и количество выпавших осадков. Все ли осадки выпадают с одинаковой скоростью? Чем это объяснить? Написать уравнение реакций.

2. К 2...3 каплям соли бария прилить столько же раствора хромата калия (K₂CrO₄). Отметить цвет выпавшего осадка. Написать уравнение реакции.

3. К 2...3 каплям соли кальция прилить столько же капель раствора щавелевокислого аммония (NH₄)₂C₂O₄. Отметить цвет выпавшего осадка. Проверить, растворяется ли этот осадок в уксусной кислоте. Написать уравнение реакции.

Опыт 4. Окраска пламени солями элементов II А группы

Нихромовую проволочку промыть в концентрированной HCl и прокалить на пламени спиртовки. Затем опустить в раствор нитрата или хлорида различных элементов и внести в пламя спиртовки. Отметить цвет пламени.

Опыт 5. Реакции на Mg²⁺

Налить в пробирку по 2...3 капли хлорида магния, 2 капли 2 н раствора NH₄OH и 3...4 или более капель 2 н раствора NH₄Сl до полного растворения белой мути гидроксида магния. Тщательно перемешать содержимое пробирки стеклянной палочкой, затем прибавить 3 капли 2 н раствора Na₂HPO₄ и снова перемешать раствор, потирая палочкой о стенки пробирки. Осадок выпадает медленно. Осаждение ускоряет нагревание раствора и интенсивное его перемешивание.

Чтобы под микроскопом обнаружить Mg²⁺ в виде кристаллов MgNH₄PO₄, поместить каплю раствора хлорида магния на предметное стекло и прибавить по одной капле растворов NH₄Cl и NH₄OH. Затем внести в раствор кристаллик Na₂HPO₄. Предметное стекло нагреть на крышке водяной бани. Выпавшие кристаллы посмотреть под микроскопом.

Осадок MgNH₄PO₄ растворяется в кислотах с образованием кислых солей при действии слабых кислот (например, СН₃СООН и ортофосфорной кислоты) и легко растворимых кислотах. Проверить это на опыте.

Опыт 6. Реакции на Са²⁺

Поместить одну каплю раствора СаС1₂ на предметное стекло, прибавить одну каплю 2 н. раствора H₂SO₄ и слегка упарить на водяной бане. При этом образуются красивые характерные пучки игл – кристаллы гипса CaSO₄·*0,5H₂O, легко различимые под микроскопом.

В качестве вспомогательной реакции применяют реакцию окрашивания пламени. Летучие соли кальция, внесенные в бесцветное пламя горелки, окрашивают его в кирпично-красный цвет.

Контрольные вопросы

1. Написать электронные структуры элементов бериллия и стронция. Почему они относятся к s-элементам. а не к d-элементам?

2. Почему при кипячении водного раствора хлорида магния выпадает в осадок основная соль Mg(OH)Cl? В результате какой реакции она получилась? Написать уравнение реакции.

3. К 100 мл 0.5 н. раствора СаСl₂ прибавили равный объем 0,5 н раствора Na₂SO₄. Сколько мг ионов Са²⁺ осталось в растворе?

4. Составить ионные уравнения реакции гидролиза CaS.

5. Можно ли перевести в раствор: a) MgO; 6) ВаO действием разбавленной серной кислоты?

6. Сколько алебастра можно получить при обжиге 1 т гипса? На сколько увеличивается масса 1 кг алебастра при его затвердевании с водой?