ляции). Такая дистиллированная вода является мягкой' подобно дождевой воде.
Упражнения
18.1.Атом какого элемента ИА-группы легче переходит в состояние М2+? Ответ поясните. ^
18.2.Почему для атомов натрия и магния первый электрон отрывается легче от атома Ыа, а для ионов Иа+ и М§+ второй электрон отрывается легче от иона М§+? Дайте мотивированный
ответ.
183. Составьте названия следующих веществ: М§С2, Ве28Ю4, Ва[Ве(ОН)Д К2М§(804)2*6Н20, Са804-2Н20, 8Ю2, Ва~ (0 2)2
Мё(СЮ4)2. |
- . |
18.4. Составьте формулы следующих веществ: |
|
хлорат кальция |
ортофосфат магния |
ацетиленид магния |
гидросульфат стронция |
нитрид бария |
дигидроортофосфат бария |
18.5. Составьте уравнения термических реакций:
М§ + Н20 = |
М§ 4- N2 = |
м§со3 = |
М§ 8Ю2 = |
М§ + 0 2 - |
мв(мо3)2 = |
18.6.Магний не реагирует с холодной водой, но окисляет кипящую воду. Почему?
18.7.Составьте уравнения окислительно-восстановительных
реакций:
М§ + Н2804(разб.) = |
М§ + ИН4С1 (к о н ц .) = |
М§ + НЖ)3(конц.) = |
Ва + Н20 = |
М§ + ЮЮ3(разб.) = Н20 ! + ... |
М§ 4- Н2804 -4- К2Сг20 7 — |
18.8 Подтвердите основные свойства М§0 и М§(ОН)2 состав лением уравнений соответствующих реакций.
18.9. Составьте уравнения реакций в водном растворе:
Ва02 + Н2804 = Н20 2 4- |
Са (ОН)2 + К2СОэ = |
|
СаС2 + Н20 |
= |
Са (02)2 + НС1 = |
СаО + Н20 |
+ С02 = |
Мв3Н2 + н 2о = |
=(2 реакции)
18.10.Почему ИаОН называют щелочью, а М§(ОН)2 нет?
18.11.Известно, что гидроксид магния переводится в раствор обработкой концентрированным раствором хлорида аммония. Напишите уравнение реакции.
18.12.Предложите способы разделения катионов: а) Ве2+ и
Мё2+; б) М§2+ и Ва2+. |
— |
18.13. Составьте уравнения |
электролиза: а) расплавов СаС12, |
175
М§С12; б) растворов Са(Ж)3)2, М§804, СаС12; в) раствора ВаС12 на ртутном катоде.
18.14.Проводится электролиз расплава смеси хлоридов натрия, магния и кальция. Укажите последовательность разрядки катионов на инертном катоде, руководствуясь электроотрицательностью элементов.
18.15.Имеется природный фторид кальция-минерал флюорит. Как из него получить: а) фторово^ород; б) фтор; в) оксид кальция; г) гидроксид кальция; д) нитрат кальция? Предложите уравнения
возможных реакций и укажите условия их осуществления.
18.16.Имеются мел и поваренная соль. Предложите возможные способы синтеза хлорной извести (выбор процессов и реактивов не ограничен).
18.17.Через баритовую воду (раствор гидроксида бария) пропускают газы: а) диоксид углерода; б) сероводород; в) хлороводород; г) хлор. Составьте уравнения реакций и назовите продукты.
18.18.Для получения кальция прокаливают кальцит с алюми нием. Составьте уравнение реакции. Предложите способ разделения продуктов.
18.19.Объясните, почему при пропускании углекислого газа • через раствор бромида кальция осадок не выпадает, а через раствор гидроксида кальция-выпадает.
18.20. Как |
устранить постоянную |
жесткость |
воды, |
|
если она обусловлена наличием солей: |
а) |
Са(Ж53)2 4- М§С12; |
||
б) Са(Н2Р0 4)2 + М§(Ж)3)2? Составьте |
молекулярные и ионные |
|||
уравнения реакций. |
|
|
|
|
19. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ ША-ГРУППЫ. АЛЮМИНИЙ
Элементы ША-группы. Общая электронная конфигурация, электроотрицательность, степени окисления. Изменение химических свойств оксидов й гидроксидов элементов при увеличении порядко вого номера.. Бор как неметалл. Оксид и гидроксид бора. Бура. Распространение в природе..
Алюминий. Простое -вещество. Физико-химические свойства, амфотерность. Взаимодействие с кислородом, серой, азотом, угле родом, водой в нейтральной и щелочной среде, азотной кислотой. Алюминий как сильный восстановитель. Алюминотермия. Получе ние алюминия в промышленности.
Оксид и гидроксид алюминия. Их амфотерность. Соли алюми ния, их гидролиз и растворимость в воде. Распространение в природе алюминия и его соединений. Применение.
Элементы ША-группы. В эту группу Периодической системы входят элементы бор В, алюминий А1, галлий Оа, индий 1п, таллий Т1. Они имеют одинаковую электронную конфигурацию внешнего уровня атомов (пз2пр1), откуда вытекает характерная степень окисления (+Ш); электро отрицательность элементов невысока (от 2,01 для В до 1,44 для Т1).
Металлический характер элементов возрастает от В к Т1; по химическим свойствам бор-неметалл, алюминий, галлий
176
и индий-амфотерные элементы (с усилением основных свойств от А1 к 1п), таллий-металл, причем для него более устойчивой и распространенной является степень окисления (+1), например в соединениях Т120 , ТЮН, Т12С 0 3 и Т1С1.
Химия бора во многом напоминает химию кремния; они близки по электроотрицательности, их гидроксиды являются слабыми кислотами, оксиды имеют высокие температуры плавления и очень устойчивы. Кислотным оксиду В2Оэ и гидроксиду В(ОН)3 соответствуют различные по составу соли-бораты:
В2Оз + 2№ОН - —° >2ЫаВ02 + Н20,
метаборат
натрия
4В(ОН)^_+ 2КаОН (разб.) = Ка2В40 7 + 7Н20 тетраборат натрия
Образующийся в растворе Иа2В40 7 можно выделить в виде кристаллогидрата На2В40 7 • 10Н2О, он представляет собой самый распространенный минерал бора - буру. При подкислении раствора буры получают осадок гидроксида бора:
Иа2В40 7 + 5Н20 + Н2304 = 4В(ОН)3| + Ыа2804.
Бура-сырье для синтеза всех других соединений бора, ее применяют при пайке металлов и приготовлении глазурей, эмалей и специального термостойкого стекла для хими ческой посуды. Бор добавляют в сталь для повышения ее механической прочности и коррозионной стойкости.
Алюминий широко распространен в природе, остальные элементы этой группы-редкие. Галлий-спутник алюминия, индий и таллий находятся в полиметаллических рудах. Все соединения таллия очень ядовиты.
Алюминий. В свободном виде алюминий-серебристо- белый, блестящий, легкий металл. На воздухе покрывается матовой оксидной пленкой, весьма устойчивой и защищаю щей алюминий от коррозии. Оксидная пленка разрушается
кислотами и щелочами: |
' |
|
2А1 + |
6Н+ = 2АГ+ + ЗН2Т, |
|
2А1 + |
2 0 Н“ + 6Н20 = 2[А1(ОН)4Г + ЗН2| |
|
(во второй реакции окислителем является вода, а щелочь- _ средой). Амальгамированный алюминий реагирует и с
177
чистой водой:
2А1 + 6Н20 = 2А1(ОН)з I + ЗН2Т.
В этих реакциях алюминий выступает в Ячестве сильного восстановителя (см. Приложение 4).
Алюминий активно реагирует при нагревании со многи ми неметаллами: с кислородом (сгорание на воздухе), серой (продукт - сульфид А1283), азотом (дает нитрид АПЧ), и углеродом (образуется карбид А14С3). Порошкообразный алюминий легко реагирует с хлором и иодом (в присутствии капли воды), переходят галогениды А1С13 и АИ3. На воздухе при поджигании алюминий восстанавливает многие металлы из их оксидов (<алюминотермия):
*
2А1 + Сг2Оэ ='А120 3 + 2Сг,
10А1 + ЗУ20 5 = 5А120 3 + 6У.
В концентрированной азотной кислоте алюминий пасси вируется, но реагирует с разбавленной азотной кислотой (образуются И20 и ТЧНХ). При кипячении алюминия с ьштратом калия в сильнощелочной среде происходит восста новление ионов N0 3 до 1ЧН3 за счет промежуточно выделя ющегося атомарного водорода и образования устойчивого комплекса [А1(ОН)4] " -тетрагидроксоалюминат (П1)-иона:
8А1 + 18Н20 + 5КОН + ЗКЖ)3 = 8К[А1(ОН)4] + 31ЧН3Т.
Про'мьшшенный способ получения алюминия-электро лиз расплава смеси глинозема А120 3 с криолитом Ка3 [А1Р6]
при 950 °С; |
оксид |
алюминия |
диссоциирует на ионы А13 + |
и О2 -; на |
аноде |
выделяется |
0 2, .на катоде-А1. Криолит |
в процессе электролиза не расходуется и является инертным электролитом.
Оксид алюминия А120 3 (минерал корунд, техническое название глинозем) - главная составная часть бокситных руд. Представляет собой белый порошок или очень твердые белые кристаллы, тугоплавкий (гпл = 2055 °С). После дли тельного прокаливания очень медленно реагирует с кисло тами и щелочами в водном растворе, но легко реагирует со щелочами в расплаве:
а) А120 3 + 6НС1(конц., гор.) = 2А1С13 + |
ЗН20; |
||
б) А120 3 |
+ |
2КаОН (конц., гор.) + ЗН20 |
= 2Ыа[А1(ОН)Д |
А120 3 |
+ |
1000°С |
|
ИаОН---------->2КаАЮ2. |
|
||
178
В этих реакциях А12Оэ проявляет амфотерные свойства; реакции (б) используют для извлечения оксида алюминия из бокситов. Помимо сырья для производства алюминия, А12Оэ в виде порошка служит абразивным материалом, а в виде кристаллов применяется для изготовления лазеров и синтетических драгоценных камней (рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов-Сг20 3 (красный цвет), Т120 3 и Ре20 3 (голубой цвет) и т.д.
Гидроксид алюминия А1(ОН)3 - белый рыхлый порошок, при 200 °С разлагается, теряя Н20, и образует метагидроксид АЮ(ОН), при прокаливании полностью обезвоживается до А120 3.
Гидроксид алюминия амфотерен: ,
А13+ |
А1 (ОН)з | |
[А1(ОН)4] “. |
кислота кислота
Для получения осадка А1(ОН)3 щелочь обычно не исполь зуют из-за легкости перехода осадка в раствор, а действуют на соли алюминия гидратом аммиака; при комнатной температуре образуется А1(ОН)3, а при кипяченийАЮ (ОН):
А1С13 + 3(ИЙ3 • Н20) = А1(ОН)3| + ЗКН4С1,
А1С13 + 3(ЫН3 • Н20) = АЮ(ОН) I + ЗЫН4С1 + Н20.
Соли алюминия и сильных кислот хорошо растворимы в воде и подвергаются в значительной степени гидролизу по катиону, создавая сильнокислотную среду (в которбй раст воряются такие .металлы, как магний и цинк):
а) А1С13 = АГ+ + ЗСГ,
АГ+ + Н20 ^ АЮН2+ Ч- Н+* (рН « 7);
б) Ъп .4- 2Н+ = 2п2+ + Н2|.
Нерастворимы в воде фторид А1Р3 и ортофосфат А1Р04, а соли очень слабых кислот Н28 и Н2С 03 вообще не образуются осаждением из водного раствора, вместо них (вследствие полного гидролиза) выпадает в осадок гидроксид:
А12(804)3 + 6Н20 + ЗЫа23 = 2А1(ОН)3| + ЗН28 | + ЗИа2804,
?А1С13 + ЗН20 + ЗNа2С03 = 2А1(ОН)3| + ЗС02Т + 6КаС1.
Известны двойные соли алюминия - квасцы состава М’АЦЗО^ ‘ 12Н20 (М1 = Иа+, К +, КЬ+, Сз+,^ Т1+, №1^), самые распространенные из них алюмокалиевые квасцы КА1(804)2 • 12Н20 . Квасцы в воднбм растворе диссоции
179