Жесткость воды и способы ее устранения



Металлы IIа подгруппы

П л а н

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.

2. Происхождение названия.

3. Физические свойства.

4. Химические свойства.

5. Важнейшие соединения: оксиды, гидроксиды, соли.

6. Качественные реакции.

7. Нахождение в природе.

8. Основные методы получения.

В состав IIа подгруппы периодической системы входят бериллий, магний, щелочно-земельные металлы – кальций, стронций, барий, а также радий – радиоактивный элемент, не имеющий стабильных изотопов. Бериллий по своим свойствам похож на алюминий, а магний – на литий (проявление диагонального сходства). Свое название щелочно-земельные металлы получили потому, что их гидроксиды обладают щелочными свойствами, а оксиды по тугоплавкости похожи на оксиды тяжелых металлов, которые раньше называли «землями». На внешнем уровне атомы элементов IIа подгруппы содержат два валентных s-электрона; вниз по подгруппе увеличивается радиус атома, уменьшается энергия ионизации, что приводит к усилению металлических свойств и восстановительной активности металлов.

Металлы IIa подгруппы проявляют в соединениях валентность II и степень окисления +2; они легко отдают два валентных электрона, превращаясь в катион M+2. Преобладающий тип связи в соединениях – ионная, хотя для соединений бериллия и некоторых соединений магния характерен ковалентный полярный тип связи, что объясняется сравнительно высокой электроотрицательностью этих металлов.

Бериллий получил свое название от греч. beryllos (по зеленой окраске минерала изумруд, в состав которого входит бериллий). Название магния образовано от названия минерала гидромагнезит, содержащего этот металл и найденного греками около г. Магнезия в Малой Азии (ныне г. Манис в Турции). Кальций в переводе с латинского означает камень, известняк. Стронций получил свое название в честь деревни Строншиан в шотландском графстве Аргайлл, где впервые был обнаружен минерал стронцианит, содержащий этот металл. Название бария произошло от греческого слова barys (тяжелый) благодаря большой плотности минерала барита (BaSO4). Название радия связано с его радиоактивностью и происходит от латинского слова radius (луч).

Металлы IIа подгруппы имеют серебристо-белый цвет, они хорошие проводники тепла и электричества; их температуры плавления и плотности выше, чем у щелочных металлов. Металлы IIа подгруппы тверже и тяжелее, чем щелочные (самый мягкий из них – барий – по твердости близок к свинцу). Однако у всех этих металлов, кроме радия, плотность менее 5 г/см3, поэтому они считаются легкими.

Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а

Металлы IIа подгруппы являются активными металлами и сильными восстановителями.

1. Взаимодействие с Неметаллами:

2. Взаимодействие с водой:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 ,

Be,Mg + H2O нет реакции при обычных условиях, реакция протекает при нагревании с образованием оксидов.

3. Взаимодействие с Кислотными оксидами:

4. Взаимодействие с Кислотами-неокислителями: (в ряду активности металлов стоят левее водорода)

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 .

Mg + H2SO4 = MgSO4 + Н2,

 

5. Взаимодействие с Кислотами-окислителями:

4Mg + 10HNO3 (конц.) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O,

4Mg + 10HNO3 (оч. разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O,

4Mg + 9HNO3 (разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH3 + 3H2O,

4Mg + 5H2SO4 (конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O,

 

6. Кальций и магний могут отнимать кислород или галогены из оксидов и галогенидов менее активных металлов, т. е. обладают восстановительными свойствами:

5 Ca + Nb2O5 = 5 CaO + 2 Nb,

2 Ca + TiСl4 = 2 СаСl2 + Ti.

Mg + CuCl2 = Cu + MgCl2,

Mg + NaCl нет реакции.

В а ж н е й ш и е с о е д и н е н и я

Оксиды – белые тугоплавкие вещества ионного (кроме ВеО) строения, обладают основными свойствами (ВеО – амфотерными), реагируют с кислотами, кислотными оксидами, некоторыми металлами и неметаллами, водой (оксиды Be и Mg не взаимодействуют с водой на холоде, но взаимодействуют с водяным паром):

CaO+2HCl=CaCl2 +H2O,

CaO + H2O = Ca(OH)2,

MgO + H2O (пар) = Mg(OH)2.

Оксид бериллия обладает амфотерными свойствами:

BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O,

Получают оксиды окислением металлов или (чаще) термическим разложением карбонатов и гидроксидов:

Гидроксиды – белые порошкообразные вещества с ионным типом связи (кроме гидроксида бериллия), плохо растворимые в воде (кроме гидроксида бария), проявляют основные свойства (гидроксид бериллия амфотерен). При нагревании они разлагаются, взаимодействуют с кислотами, кислотными оксидами, солями:

Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O,

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O,

Ca(OH)2 + CuCl2 = Cu(OH)2 + CaCl2.

Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства:

Be(OН)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O,

Гидроксиды магния и бериллия получают обменной реакцией соли со щелочью:

MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl.

Гидроксиды щелочно-земельных металлов получают растворением соответствующего оксида в воде:

CaO + H2O = Ca(OH)2.

Кроме того, для получения гидроксидов элементов IIа подгруппы можно использовать реакции гидролиза гидридов, карбидов и других бинарных соединений соответствующего элемента:

CaH2 + 2HOH = Ca(OH)2 + 2H2 ,

CaC2 + 2HOH = Ca(OH)2 + C2H2 .

Соли – хлориды, бромиды и нитраты хорошо растворимы в воде. Соли, образованные слабой кислотой, имеют щелочную реакцию среды вследствие гидролиза; соли, образованные сильной кислотой, не гидролизуются. Некоторые соли щелочно-земельных металлов разлагаются при нагревании, например:

Ca(HCO3)2 + HOH = Ca(OH)2 + H2O + 2CO2 ,

CaCl2 +HOH негидролизуется,

К а ч е с т в е н н ы е р е а к ц и и н а и о н ы м е т а л л о в
II а п о д г р у п п ы

Наличие иона магния можно определить с помощью гидроксид-иона или карбонат-иона:

Mg2+ + 2OH Mg(OH)2 ,

Mg2+ + MgCO3 .

Наличие иона кальция можно определить с помощью карбонат-иона или по изменению окраски пламени на темно-оранжевую:

Ca2+ + CaCO3 .

Наличие иона стронция можно определить по изменению окраски пламени на красно-малиновую.

Наличие иона бария можно определить с помощью сульфат-иона или по изменению окраски пламени на зеленую:

Ba2+ + BaSO4 .

В природе металлы IIа подгруппы встречаются только в виде соединений, важнейшими из которых являются: доломит (CaCO3•MgCO3), магнезит (MgCO3), гипс (CaSO4•2H2O), барит (BaSO4), мел, мрамор, известняк (CaCO3), фосфорит (Ca3(PO4)2), стронцианит (SrCO3).

П о л у ч е н и е

Чистые металлы получают электролизом расплавов солей:

восстановлением из оксидов:

Стронций и барий получают чаще всего алюмотермией:

Эти соединения надо з а п о м н и т ь: негашеная известь – CaO, гашеная известь – Ca(OH)2, известковая вода – Ca(OH)2 (насыщ. р-р), баритова вода – Ba(OH)2, мел, мрамор, известняк –
CaCO3, горькая (английская) соль – MgSO4•7H2O, гипс CaSO4•2H2O.

Жесткость воды и способы ее устранения

П л а н

1. Жесткость воды.

2. Временная (карбонатная) жесткость и способы ее устранения.

3. Постоянная жесткость. Известково-содовый и катионитный способ устранения постоянной жесткости.

4. Количественное выражение общей жесткости.

5. Характеристика воды по степени жесткости.

6. Свойства жесткой воды.

Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов кальция и магния. Анионами растворимых солей кальция и магния могут быть гидрокарбонат-ионы, сульфат-ионы и хлорид-ионы. Различают временную (карбонатную) и постоянную жесткость.

Временная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Временная жесткость легко устраняется кипячением:

Постоянная жесткость обусловлена наличием в воде сульфатов, хлоридов и других солей кальция и магния. Постоянную жесткость можно устранить, используя следующие способы.

а) Известково-содовый способ – к воде добавляют смесь гашеной извести и соды. При этом временная жесткость воды устраняется гашеной известью, а постоянная – содой:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O,

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl.

б) Катионитный способ – воду пропускают через колонку, заполненную катионитом (катиониты – твердые вещества, содержащие в своем составе подвижные катионы, способные обмениваться на ионы внешней среды) Na2R, где R – анион. На катионите задерживаются ионы кальция и магния, а в раствор переходят ионы натрия, в результате чего жесткость воды уменьшается:

Na2R + Ca2+ CaR + 2Na+,

Na2R + Mg2+ MgR + 2Na+.

Через определенное время катионит необходимо регенерировать, т.е. восстановить первоначальные свойства. Для этого через катионообменные колонки пропускают насыщенный раствор поваренной соли, при этом происходят обратные процессы:

CaR + 2NaCl Na2R + CaCl2,

MgR + 2NaCl Na2R + MgCl2.

После такой промывки катионит снова можно использовать для умягчения воды.

Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды, которая количественно выражается числом ммоль эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся
в 1 л воды (таблица).

Таблица


Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 386; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!