Химия - 8-9 класс

Осуществите превращения:

а) Pb(NO₃)₂ Pb(OH)₂ PbO Na₂PbO₂ Pb(NO₃)₂,

б) Al₂(SO₄)₃ Al(OH)₃ Al₂O₃ Na₃[Al(OH)₆] AlCl₃.

Химические свойства амфотерных оксидов

Глава 14. Химия s-элементов. Натрий и калий. Магний и кальций

14.1. Общая характеристика элементов IA и IIA групп

В IA группу входят литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Эти элементы называют щелочными элементами. В эту же группу входит искусственно полученный малоизученный радиоактивный (неустойчивый) элемент франций. Иногда в IA группу включают и водород (см.главу 10). Таким образом, в эту группу входят элементы каждого из 7 периодов.

Во IIA группу входят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Последние четыре элемента имеют групповое название – щелочноземельные элементы.

Говоря о том, сколь часто встречаются природе атомы того, или иного элемента, обычно указывают его распространенность в земной коре. Под земной корой понимают атмосферу, гидросферу и литосферу нашей планеты. Так, в земной коре наиболее распространены четыре из этих тринадцати элементов: Na (w =2,63 %), K (w = 2,41 %), Mg (w = 1,95 %) и Ca (w = 3,38 %). Остальные встречаются значительно реже, а франций вообще не встречается.

Орбитальные радиусы атомов этих элементов (кроме водорода) изменяются от 1,04 А (у бериллия) до 2,52 А (у цезия), то есть у всех атомов превышают 1 ангстрем. Это приводит к тому, что все эти элементы представляют собой элементы, образующие истинные металлы, а бериллий – элемент, образующий амфотерный металл.

Общая валентная электронная формула элементов IA группы – ns¹, а элементов IIА группы – ns².

Большие размеры атомов и незначительное число валентных электронов приводят к тому, что атомы этих элементов (кроме бериллия) склонны отдавать свои валентные электроны. Наиболее легко отдают свои валентные электроны атомы элементов IA группы (см. приложение 6), при этом из атомов щелочных элементов образуются однозарядные катионы, а из атомов щелочноземельных элементов и магния – двухзарядные катионы. Степени окисления в соединениях у щелочных элементов равна +I, а у элементов IIA группы – +II.

Простые вещества, образуемые атомами этих элементов, – металлы. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций называют щелочными металлами, так как их гидроксиды представляют собой щелочи. Кальций, стронций и барий называют щелочноземельными металлами. Химическая активность этих веществ увеличивается по мере увеличения атомного радиуса.

Из химических свойств этих металлов наиболее важны их восстановительные свойства. Щелочные металлы – сильнейшие восстановители. Металлы элементов IIA группы также довольно сильные восстановители.

Все они (кроме бериллия) реагируют с водой (магний при кипячении):

2M + 2H₂O = 2M _aq + 2OH_aq + H₂ ,

M + 2H₂O = M² + 2OH + H₂ .

В случае магния, кальция и стронция из-за малой растворимости образующихся гидроксидов реакция сопровождается образованием осадка:

M² + 2OH = Mg(OH)₂

Щелочные металлы реагируют с большинством неметаллов:

2M + H₂ = 2MH (при нагревании),

4M + O₂ = 2M₂O (M – Li),

2M + Cl₂ = 2MCl (при обычных условиях),

2M + S = M₂S (при нагревании).

Из щелочных металлов, сгорая в кислороде, обычный оксид образует только литий. Остальные щелочные металлы образуют пероксиды (M₂O₂) или надпероксиды (MO₂ – соединения, содержащие надпероксид-ион с формальным зарядом –1 е).

Как и щелочные металлы, металлы элементов IIA группы реагируют со многими неметаллами, но при более жестких условиях:

M + H₂ = MH₂ (при нагревании; кроме бериллия),

2M + O₂ = 2MO (при обычных условиях; Be и Mg – при нагревании),

M + Cl₂ = MCl₂ (при обычных условиях),

M + S = MS (при нагревании).

В отличие от щелочных металлов с кислородом они образуют обычные оксиды.

С кислотами спокойно реагирует только магний и бериллий, остальные простые вещества очень бурно, часто со взрывом.

Бериллий реагирует с концентрированными растворами щелочей:

Be + 2OH + 2H₂O = [Be(OH)₄]² + H₂

В соответствии с положением в ряду напряжений с растворами солей реагируют только бериллий и магний, остальные металлы в этом случае реагируют с водой.

Являясь сильными восстановителями, щелочные и щелочноземельные металлы восстанавливают многие менее активные металлы из их соединений, например, при нагревании протекают реакции:

4Na + MnO₂ = 2Na₂O + Mn;

2Ca + SnO₂ = 2CaO + Sn.

Общий для всех щелочных металлов и металлов IIA группы промышленный способ получения – электролиз расплавов солей.

Кроме бериллия оксиды всех рассматриваемых элементов – основные оксиды, а гидроксиды – сильные основания (у бериллия эти соединения амфотерные, гидроксид магния – слабое основание).

Усиление основных свойств гидроксидов с увеличением порядкового номера элемента в группе легко прослеживается в ряду гидроксидов элементов IIA группы. Be(OH)₂ – амфотерный гидроксид, Mg(OH)₂ – слабое основание, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ и Ba(OH)₂ сильные основания, но с увеличением порядкового номера растет их растворимость, и Ba(OH)₂ уже можно отнести к щелочам.