МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» (ННГУ) ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Бериллий. Магний. Щелочноземельные элементы По дисциплине: «НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» Преподаватель: Благин Роман Дмитриевич Исполнители: студент 1 курса ОФО группы 0223Б1ХМ2 Сенников Дмитрий Михайлович г. Нижний Новгород 2024 г ВВЕДЕНИЕ Отступ первой строки. Не пробелы. Цель работы: изучить химические свойства магния и щелочноземельных металлов. Задачи: 1. Получить нитрат магния заданной массы. 2. Получить гидроксид магния и магнезиального цемента. 3. Получить оксид и гидроксид кальция, оксалат, сульфат и карбонат кальция. Разрыв страницы 1 1.Теоретическая часть. 1.1. Строение электронной оболочки, валентность, основные типы химических соединений. Элементы 2-й группы - имеют четный атомный номер и закономерно возрастающие от Вe к Ba атомные массы. Электронная конфигурация наружной оболочки изолированных атомов элементов 2-й группы ns2, ей предшествует восьмиэлектронный слой (n-1)s2(n-1)p6. Потеря двух электронов внешнего уровня требует относительно низких затрат энергии; значения первого (ПИ1) и второго (ПИ2) потенциалов ионизации в ряду ВeBa уменьшаются, вследствие чего возрастает химическая активность нейтральных атомов Э0. Теряя два электрона ns2, атомы Э0 превращаются в двухзарядные катионы Э2+, что обнажает предшествующий восьмиэлектронный слой (n-1)s2(n-1)p6, т. е. оболочку типа благородного газа. Катионы Э2+ представляют собой жесткие шароподобные образования с малодеформируемой электронной оболочкой. Такое состояние очень стабильно, благодаря чему элементы 2-й группы не проявляют переменную степень окисления. затрудненным неспособностью Это обусловлено отщеплением атомов Э0 более ионов не чем только двух энергетически электронов, Э2+вступать в но и ковалентное взаимодействие с атомами-партнерами любой химической природы. Так, для элементов 2-й группы нехарактерно акцептирование электронных пар атомов или ионов других элементов, поскольку электронная оболочка с главным квантовым числом и у атомов Э0 только начинает формироваться либо вообще не содержит электронов (Э2+). По той же причине невозможно (в случаеЭ2+) или невыгодно (в случае Э0) формирование ковалентных связей по п-дативному механизму. Здесь донором должен быть ион Э2+ (а он не содержит электронов на наружной оболочке), а нейтральный атом Э0 слишком слабо удерживает наружные ns2-электроны, чтобы предотвратить 2 их полную потерю при перемещении к более электроотрицательному атому-партнеру. Как уже отмечалось, при потере валентных электронов атомы элементов 2-й группы приобретают электронную оболочку типа благородного газа, поэтому в обычных условиях все их гетероатомные соединения бесцветны: не происходит электронных переходов на более высокие энергетические уровни при поглощении световой энергии в видимой части спектра. Однако если атомы Э0 или ионы Э2+подвергнуть более сильному возбуждению, например действию высокой температуры, электроны все же переходят на более высокий энергетический уровень. Отсутствие предпосылок для образования элементами 2-й группы ковалентных связей делает наиболее вероятным возникновение гетероатомных соединений ионной природы, существующих за счет электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. Размеры атомов Э0 и ионов Э2+ в ряду Вe-Ba закономерно возрастают. Электронные оболочки ионов Э2+ являются жесткими, поэтому такие ионы слабо деформируются (слабо поляризуются) под воздействием других атомов в сложных соединениях. Это обусловливает высокую термическую устойчивость соединений. В то же время ионы Э2+ оказывают значительное поляризующее действие, поскольку заряд иона 2+ сосредоточен в достаточно малом объеме. Особенно высокое поляризующее действие у иона Ве2+. Благодаря высокому поляризующему действию ион Ве2+ (а в некоторой степени и следующий за ним ион Mg2+) способен притягивать электронную плотность атомов или ионов-партнеров в гетероатомных соединениях. Поэтому в некоторых сложных соединениях бериллий (существенно меньше магний) все же образует в значительной степени ковалентные связи, вследствие чего свойства многих соединений бериллия 3 сильно отличаются от свойств аналогичных соединений более тяжелых элементов 2-й группы. 1.2. Химические свойства. 1.2.1 Взаимодействие с простыми веществами С кислородом. Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина. Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2): 2Mg + O2 → 2MgO 2Ca + O2 → 2CaO 2Ba + O2 → 2BaO Ba + O2 →BaO2 Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2. С галогенами. Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре: 4 Мg + I2 → MgI2 Са + Br2 →СаBr2 Ва + Cl2 → ВаCl2 C неметаллами IV–VI групп. Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура. Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом: 2Be + C → Be2C (to) 5 Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды: Mg + 2C → MgC2(to) Ca + 2C → CaC2(to) Ba + 2C → BaC2(to) С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2), а с серой – сульфиды (MeS): 2Mg + Si → MgSi2(to) 3Ca + N2 → Ca3N2(to) 3Ca + P → Ca3P2(to) Mg + S → MgS(to) Ba + S → BaS(to) C водородом. Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях. H2 + Ca → CaH2(to); H2 + Mg → MgH2(to). 1.2.2. Взаимодействие со сложными веществами. C водой. Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. 6 Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления: выравниввание Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑(to) Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ Be + H2O → не идет С кислотами-неокислителями. Отступ первой строкиВсе металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций: Вe + Н2SO4(разб.) → BeSO4 + H2↑ Mg + 2HBr → MgBr2 + H2↑ Ca + 2CH3COOH → (CH3COO)2Ca + H2↑ С кислотами-окислителями. − разбавленной азотной кислотой С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3): 4Ca + 10HNO3(разб.) → 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O 4Mg + 10HNO3(сильно разб.) → 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O − концентрированной азотной кислотой 7 Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением: Be + 4HNO3 → Be(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота. − концентрированной серной кислотой Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды: Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария. Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит сероводорода: 4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O С щелочами. 8 преимущественно до Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород: Be + 2KOH + 2H2O → H2↑ + K2[Be(OH)4] При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород Be + 2KOH → H2↑+ K2BeO2 С оксидами. Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например: 2Mg + SiO2 → 2MgO + Si 2Ba + SiO2 → 2BaO + Si Mg + CO → MgO + C 1.3 Важные соединения элементов IIA группы. Бериллий. Легирование сплавов Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и 9 прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. В технике довольно широко распространены бериллиевые бронзы. Добавка 0,5% бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые пружинят при красном калении. Рентгенотехника Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу). Ядерная энергетика В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов. Оксид бериллия является наиболее теплопроводным высокотеплопроводным из всех высокотемпературным оксидов и служит изолятором, и огнеупорным материалом(тигли), а кроме того, наряду с металлическим бериллием служит в атомной технике как более эффективный замедлитель и отражатель нейтронов чем чистый бериллий, оксид бериллия в смеси с окисью урана применяется в качестве очень эффективного ядерного топлива. Фторид бериллия в сплаве с фторидом лития применяется в качестве теплоносителя и растворителя солей урана, плутония, тория в высокотемпературных жидкосолевых атомных реакторах. Фторид бериллия используется в атомной технике для варки стекла, применяемого для регулирования небольших потоков нейтронов. Лазерные материалы В лазерной технике находит применение алюминат бериллия для изготовления твердотельных излучателей (стержней, пластин). 10 Аэрокосмическая техника В производстве тормозов для аэрокосмической техники, тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материал. Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и лёгкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким температурам. Будучи в 1,5 раз легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей. Налажено производство бериллидов применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолетов, а также в атомной технике. Ракетное топливо Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в этой связи приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия. Очень абстрактно. Огнеупорные материалы Оксид бериллия применяется в качестве очень важного огнеупорного материала в огнеупорных специальных материалов случаях. и при Считается этом это одним из лучших самый теплопроводный огнеупорный материал. Магний. Магний используется, в основном, в форме сплава, для компонентов самолетов, кораблей, автомобилей, машин и ручных инструментов, для которых требуется как легкость, так и прочность. Он используется в производстве прецизионных инструментов и оптических зеркал, а также при восстановлении титана. 11 Оксид магния имеет высокую температуру плавления (2,500 ºC) и часто входит в состав футеровки огнеупоров. Он также входит в состав кормов для животных, удобрений, изоляции, нефтяных добавок и электрических нагревательных стержней. Оксид магния используется в целлюлозно-бумажной промышленности. Кроме того, он служит ускорителем в резиновой промышленности и отражателем в оптических приборах. Другие важные соединения включают хлорид магния, гидроксид магния и нитрат магния. Хлорид магния входит в состав огнетушителей и керамики. Это также средство для огнезащиты дерева, текстиля и бумаги. Хлорид магния является химическим промежуточным продуктом для оксихлорид магния, который используется для цемента. Он также используется при переработке урана и при рафинировании сахара. Гидроксид магния служит в качестве ингредиента зубной пасты и желудочного антацидного пиротехнике и в порошка. Нитрат качестве магния применяется катализатора в в нефтехимическом производстве. Сульфат магния имеет множество функций в текстильной промышленности. взрывчатых Он веществах, также находит спичках, применение минеральной в воде, удобрениях, керамике и косметических лосьонах, а также в производстве перламутра и матовой бумаги. Сульфат магния усиливает отбеливающее действие хлорной извести и действует как водорегулирующий агент в пивоваренной промышленности, слабительное и болеутоляющее средство в медицине. Кальций. Применение металлического кальция Главное применение металлического кальция — это использование его как восстановителя при получении металлов, особенно никеля, меди и нержавеющей стали. Кальций и его гидрид используются также для 12 получения трудновосстанавливаемых металлов, таких, как хром, торий и уран. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах. Кальциевые гранулы используются также для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов. Металлотермия Чистый металлический кальций широко применяется в металлотермии при получении редких металлов. Легирование сплавов Чистый кальций применяется для легирования свинца, идущего на изготовление аккумуляторных пластин, необслуживаемых стартерных свинцово-кислотных металлический аккумуляторов кальций идет с на малым саморазрядом. Также производство качественных кальциевых баббитов. Ядерный синтез Изотоп 48Ca — наиболее эффективный и употребительный материал для производства сверхтяжёлых элементов и открытия новых элементов таблицы Менделеева. Например, в случае использования ионов 48Ca для получения сверхтяжёлых элементов на ускорителях ядра этих элементов образуются в сотни и тысячи раз эффективней, чем при использовании других ионов. Применение соединений кальция Гидрид кальция Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях. 13 Оптические и лазерные материалы Фторид кальция (флюорит) виде монокристаллов в оптике (астрономические применяется в объективы, линзы, призмы) и как лазерный материал. Вольфрамат кальция (шеелит) в виде монокристаллов применяется в лазерной технике. Карбид кальция Карбид кальция CaC2 широко применяется для получения ацетилена и для восстановления металлов, а также при получении цианамида кальция (нагреванием карбида кальция в азоте при 1200 °C). Химические источники тока Кальций, а также его сплавы с алюминием и магнием используются в резервных тепловых электрических анода(например кальций-хроматный батареях элемент). в качестве Хромат кальция используется в таких батареях в качестве катода. Особенность таких батарей — чрезвычайно долгий срок хранения (десятилетия) в пригодном состоянии, возможность эксплуатации в любых условиях (космос, высокие давления), большая удельная энергия по весу и объёму. Недостаток в недолгом сроке действия. Такие батареи используются там, где необходимо на короткий срок создать колоссальную электрическую мощность (баллистические ракеты, некоторые космические аппараты и.др.). Огнеупорные материалы Оксид кальция, как в свободном виде, так и в составе керамических смесей, применяется в производстве огнеупорных материалов. Лекарственные средства 14 В медицине широко применяют многие соли кальция. Лечебный эффект этих препаратов иллюстрирует многообразное действие кальция на организм. Стронций. Основные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность. Металлургия Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей. Металлотермия Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана. Магнитные материалы Магнитотвердые ферриты стронция — широкоупотребительные материалы для производства постоянных магнитов. Пиротехника В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в кирпично-красный цвет. Сплав магнийстронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов. Изотопы Радиоактивный 90Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титаната стронция. 15 Атомно-водородная энергетика Уранат стронция играет важную роль при получении водорода термохимическим способом. Высокотемпературная сверхпроводимость Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик. Химические источники тока Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью. Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов. Барий. Применение в качестве геттерного материала Металлический барий, часто в сплаве с алюминием используется в качестве газопоглотителя (геттера) в высоковакуумных электронных приборах, а также добавляется совместно с цирконием в жидкометаллические теплоносители (сплавы натрия, калия, рубидия, лития, цезия) для уменьшения агрессивности к трубопроводам, и в металлургии. Оптика Фторид бария применяется в виде монокристаллов в оптике (линзы, призмы). Пиротехника 16 Пероксид бария используется для пиротехники и как окислитель. Нитрат бария и хлорат бария используется в пиротехнике для окрашивания пламени (зеленый огонь). Атомно-водородная энергетика Хромат бария применяется при получении водорода и кислорода термохимическим способом. Высокотемпературная сверхпроводимость Оксид бария совместно с оксидами меди и редкоземельных металлов применяется для синтеза сверхпроводящей керамики, работающей при температуре жидкого азота и выше. Ядерная энергетика Оксид бария применяется для варки специального сорта стекла — применяемого для покрытия урановых стержней. В стекловарении для атомной промышленности применяется так же и фосфат бария. Химические источники тока Фторид бария используется в твердотельных фторионных аккумуляторных батареях в качестве компонента фторидного электролита. 17 2.Практическая часть. 2.1 Получение нитрата магния. Приборы и материалы: технохимические весы, шпатель, фильтровальная бумага, пробирки, химический стакан, плита, песочная баня. Реактивы: оксид магния, 40 % раствор HNO3 (ρ=1,25 г/см3), дистиллированная вода. Методика выполнения эксперимента: вычислили объем раствора HNO3 заданной концентрации и массу MgO, требуемые для получения 3 г Mg(NO3)2. Оксида магния взяли на 10% больше теоретического количества, чтобы избыточная часть осталась нерастворенной. Рассчитанный объем кислоты налили в стакан и с помощью шпателя добавляли небольшими порциями оксид магния. Раствор отфильтровали, осадок отбросили, а фильтрат упарили. Результат. В ходе вычислений мы выяснили необходимый объем HNO3конц и массу MgO, равные V(HNO3конц) = 1, 68 мл, m(MgO)=0,515 г. Затем нашли 18 объем воды, необходимый для разбавления HNO3 до 40%, он равен V (H2O) =1,27 мл. Раствор, полученный после смешения азотной кислоты и оксида магния, был отфильтрован и поставлен на песочную баню, для упаривания. В результате, вместо кристаллов, получилась густая прозрачная масса, которую не удалось взвесить. 2.2. Получение гидроксида магния и магнезиального цемента. Приборы и материалы: технохимические весы, пробирки, фарфоровая чаша, стеклянная палочка, предметное стекло. Реактивы: хлорид магния, 20% раствор гидроксида натрия, 2 н раствор аммиака, 1н раствор хлорида аммония, оксид магния. Методика выполнения эксперимента: а) На раствор соли магния в двух отдельных пробирках подействовали растворами гидроксида натрия и аммиака. В пробирку с раствором хлорида магния прибавили раствор хлорида аммония и затем раствор аммиака. б) Растворили в фарфоровой чаше 2 г кристаллического хлорида магния в наименьшем количестве воды и, помешивая раствор стеклянной палочкой, постепенно прибавляли к нему двойное количество оксида магния. Полученную смесь оставили на стекле до следующего занятия. Результат. а) В пробирку к хлориду магния было добавлено 2 капли раствора NaOH. Выпал белый малорастворимый осадок Mg(OH)2: MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaCl 19 При добавлении к раствору MgCl2 раствора аммиака осадка выпадает меньше, так как образующийся в результате реакции хлорид аммония делает реакцию обратимой: MgCl2 + 2NH4OH ↔ Mg(OH)2↓ + 2NH4Cl Если в пробирку к раствору MgCl2 добавить NH4Cl, а затем раствор аммиака, то выпадения осадка гидроксида магния не произойдёт. Это объясняется тем, что при добавлении NH4Cl к обратимой реакции, она пойдёт в обратном направлении. б) После смешения всех компонентов и полного высыхания смесь превратилась в твёрдую массу, которая легко полируется. Эта масса называется магнезиальным цементом. Затвердевание можно объяснить тем, что основная соль, первоначально образующаяся согласно уравнению MgO + MgCl2 + H2O → 2MgCl(OH), затем полимеризуется в цепи типа ― Mg ― O ― Mg ― O ― Mg ―, на концах которых находятся атомы хлора или гидроксильные группы. 2.3. Получение оксида и гидроксида кальция, оксалата сульфата и карбоната кальция. Приборы и материалы: тигель, муфельная печь, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, пробирки. Реактивы: 3 г карбоната кальция, дистиллированная вода, карбонат натрия, раствор хлорида кальция, раствор сульфата аммония, раствор оксалата аммония, 2н раствор уксусной кислоты, 2н раствор серной кислоты. Методика выполнения эксперимента: 20 а) Прокалили в тигле в муфельной печи 3 г карбоната кальция при 8000C в течение часа. По остывании тигля прилили к содержимому 2 капли и наблюдали взаимодействие с водой. Затем добавили в тигель еще воды, размешали содержимое тигля палочкой и профильтровали. К прозрачному фильтрату прибавили раствор карбоната натрия. Результат. В результате прокаливания образовался оксид кальция: CaCO3 → CaO + CO2 После остывания тигля к содержимому было добавлено 2 капли воды. Протекла бурная реакция взаимодействия оксида кальция с водой с выделением теплоты (гашение извести): CaO + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 Затем эту кашицу поместили в стакан с водой и перемешали, затем отфильтровали, а к прозрачному фильтрату был добавлен раствор карбоната натрия. В результате реакции выпал белый осадок CaCO3, а в растворе остался NaOH: Ca(OH)2 + Na2CO3 → CaCO3↓+ 2NaOH б) На раствор хлорида кальция подействовали раствором гидроксида натрия и раствором аммиака. Результат. На раствор хлорида кальция подействовали раствором гидроксида натрия. Раствор приобрел белый цвет, а через некоторое время выпал осадок Ca (OH)2: CaCl2 + 2NaOH → Ca(OH)2↓ + 2NaCl В другой пробирке на раствор хлорида кальция подействовали раствором аммиака. В результате реакции раствор слегка помутнел: 21 CaCl2 + 2NH4OH ↔ Ca(OH)2↓ + 2NH4Cl в) К раствору хлорида кальция постепенно приливали разбавленный раствор сульфата аммония до прекращения образования осадка сульфата кальция. Осадок отфильтровали, к фильтрату добавили немного раствора оксалата аммония и наблюдали образование осадка. Результат. После реакции хлорида кальция с сульфатом аммония и фильтрации раствора был добавлен оксалат аммония. Выпал белый осадок оксалата кальция. Это можно объяснить тем, что растворимость сульфата кальция в воде выше, чем у оксалата кальция, следовательно, раствор оксалата аммония будет осаждать CaC2O4 из насыщенного раствора сульфата кальция: CaCl2 + (NH4)2SO4 → CaSO4↓ + 2NH4Cl CaSO4 + (NH4)2C2O4 → CaC2O4↓ + (NH4)2SO4 г) На раствор хлорида кальция подействовали разбавленной серной кислотой и испытали растворимость получившегося осадка в соляной кислоте. Результат. В результате реакции хлорида кальция и разбавленной серной кислоты выпал белый осадок сульфата кальция: CaCl2 + H2SO4 ↔ CaSO4↓ + 2HCl При добавлении соляной кислоты осадок частично растворился. д) В две пробирки поместили кусочки известняка и прилили в одну 2 н. раствор уксусной кислоты, а в другую – 2 н. раствор серной кислоты. Результат. В обеих пробирках началась бурная реакция с растворением карбоната кальция, но во второй пробирке процесс быстро прекратился 22 вследствие образования на поверхности известняка слоя нерастворимого сульфата кальция. В пробирке с уксусной кислотой реакция не замедлялась, так как образующийся ацетат кальция – растворимая соль: CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O CaCO3 + H2SO4 → CaSO4↓ + CO2↑ + H2O 3.Обсуждение результатов. 2.1. Не удалось получить кристаллы нитрата магния, возможно из-за примесей в конечном растворе. 2.2. а). В обеих пробирках выпал белый осадок гидроксида магния, но второй пробирке осадка было меньше из-за обратимой реакции. Если в пробирку к раствору MgCl2 добавить NH4Cl, а затем раствор аммиака, то выпадения осадка гидроксида магния не произойдёт (обратимая реакция). б) После высыхания образовался магнезиальный цемент. 2.3 а) Образование оксида кальция, который реагируя с водой, образует гидроксид кальция, а он, реагируя с карбонатом натрия образует нерастворимый карбонат кальция. б) В обеих пробирках образовался белый осадок гидроксида кальция, но во второй пробирке была обратимая реакция, поэтому в ней осадка меньше. в) При реакции хлорида кальция и сульфата аммония происходит образование нерастворимого сульфата кальция. После фильтрации осадок 23 прореагировал с оксалатом аммония и выпал нерастворимый оксалат кальция. г) При реакции хлорида кальция и разбавленной серной кислоты происходит образование нерастворимого сульфата кальция. При добавлении соляной кислоты часть осадка растворилась из-за обратимой реакции. д) В обеих пробирка происходила бурная реакция, но через некоторый промежуток времени во второй пробирке реакция прекратилась, это произошло из-за образования на поверхности известняка слоя нерастворимого сульфата кальция. 24 4.Выводы. В ходе данной работы мы изучили химические свойства магния и щелочноземельных металлов, получили их соли. Расширить выводы 25 5. Литературный обзор. 1. Неорганическая химия. Химия элементов: Учебник для вузов: В 2 книгах. Кн. 1/ Ю. Д. Третьяков, Л. И. Мартыненко, А. Н. Григорьев, А. Ю. Цивадзе. М.: Химия, 2001. 472 с.; ил. 2. Глинка Н. Л. Общая химия. Учебное пособие для вузов – 27-е изд., стереотипное/ Под ред. В. А. Рабиновича. – Л.: Химия, 1988. – 704 с. ил. 26
