Дайте общую характеристику элементов главной подгруппы II группы.
Элементы главной подгруппы II группы периодической системы — это бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). Они являются металлами, за исключением бериллия, который обладает амфотерными свойствами. Эти элементы называют щёлочноземельными металлами (кроме бериллия и магния). В их атомах на внешнем энергетическом уровне содержится два валентных электрона, которые легко теряются, образуя ионы с зарядом +2.
Охарактеризуйте химическую активность металлов главной подгруппы II группы, используя следующие факты: бериллий с водой не реагирует, магний выделяет из неё водород лишь прикипячении, а щёлочноземельные металлы — уже при комнатной температуре. Напишите уравнение реакции металлов с водой в общем виде, обозначив металл символом М.
Химическая активность металлов этой группы увеличивается сверху вниз. Бериллий с водой не реагирует, так как он образует на поверхности прочную оксидную плёнку. Магний выделяет водород только при кипячении воды, а более тяжёлые металлы (Ca, Sr, Ba) реагируют с водой уже при комнатной температуре, образуя гидроксиды и выделяя водород. Общая схема реакции металлов с водой:
М + 2H₂O = M(OH)₂ + H₂↑
Как изменяется устойчивость хлоридов к гидролизу в ряду BeCl2— MgCl2 — CaCl2? Мотивируйте свой ответ.
Устойчивость хлоридов к гидролизу уменьшается в ряду BeCl₂ — MgCl₂ — CaCl₂. Это связано с уменьшением поляризующей способности катионов. Be²⁺ имеет наибольший заряд на малом радиусе, сильно притягивает электроны аниона Cl⁻, вызывая частичный гидролиз. В MgCl₂ этот эффект выражен слабее, а в CaCl₂ гидролиз практически не происходит, так как кальций менее активно взаимодействует с водой по сравнению с бериллием.
При сгорании на воздухе все металлы II группы образуют оксиды состава МО. Если оксид бария прокаливать на воздухе при 550 °С, он присоединяет кислород, превращаясь в пероксид BaO2, а при температуре выше 700 ЭС реакция протекает в обратном направлении. Раньше это свойство использовали для выделения кислорода из воздуха. Какой объём кислорода (н. у.) можно получить, имея в распоряжении 382,5 г оксида бария и осуществляя цикл превращений BaO----> BaO2--> BaO десять раз?
Рассмотрим химическую реакцию образования пероксида бария и его разложения:
2BaO + O₂ ⇄ 2BaO₂
Молярная масса оксида бария (BaO): Ba = 137 г/моль, O = 16 г/моль Mr(BaO) = 137 + 16 = 153 г/моль
Масса BaO = 382,5 г.
Число молей BaO: n(BaO) = 382,5 г / 153 г/моль = 2,5 моль
По уравнению реакции на 2 моль BaO приходится 1 моль O₂. Следовательно, при одном цикле образуется: n(O₂) = 2,5 моль * (1 моль O₂ / 2 моль BaO) = 1,25 моль O₂
Так как цикл выполняется 10 раз, то общее количество кислорода: n(O₂ общ) = 1,25 моль * 10 = 12,5 моль
При нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает 22,4 л: V(O₂) = 12,5 моль * 22,4 л/моль = 280 л
Ответ: можно получить 280 л кислорода.
Рассмотрите реакцию бериллия с щёлочью как окислительно-восстановительную, расставьте коэффициенты:
Be + NaOH+ H2O—>Na2(Be(OH)4) + H2↑.
Исходное уравнение: Be + NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄] + H₂↑
Расставляем коэффициенты методом электронного баланса.
Бериллий отдаёт электроны: Be⁰ → Be²⁺ + 2e⁻
Водород из воды восстанавливается: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑
Коэффициенты: Be + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Be(OH)₄] + H₂↑
Ответ: уравнённое уравнение: Be + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Be(OH)₄] + H₂↑
При пропускании углекислого газа через водный раствор тртра-гидроксобериллата натрия образуется белый осадок основного карбоната бериллия состава Be2(OH)2CO3. При прокаливании основный карбонат разлагается, отщепляя воду и углекислый газ и превращаясь при этом в оксид бериллия. Напишите уравнения реакций.
1. Образование основного карбоната бериллия: При пропускании CO₂ через раствор тетрагидроксобериллата натрия: Na₂[Be(OH)₄] + CO₂ → Be₂(OH)₂CO₃↓ + Na₂CO₃ + H₂O
2. Разложение основного карбоната при прокаливании: Be₂(OH)₂CO₃ → 2BeO + CO₂↑ + H₂O
Оксид бериллия (BeO) не реагирует с водой, но его можно перевести в гидроксид при помощи кислоты и щёлочи.
Способ 1: растворение BeO в кислоте и осаждение гидроксидом натрия: BeO + 2HCl → BeCl₂ + H₂O BeCl₂ + 2NaOH → Be(OH)₂↓ + 2NaCl
Способ 2: взаимодействие BeO с водой в растворе щёлочи: BeO + H₂O + NaOH → Na₂[Be(OH)₄] Затем выделение гидроксида: Na₂[Be(OH)₄] + CO₂ → Be(OH)₂↓ + Na₂CO₃ + H₂O
Оксид бериллия непосредственно с водой не реагирует. Предложите способ получения гидроксида бериллия исходя из оксида. Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие следующую схему превращений:
Be---> BeCl2---> Ве(ОН)2--> ВеO--> Na2BeO2---> Be(NO)2.
Получение хлорида бериллия (реакция Be с HCl): Be + 2HCl → BeCl₂ + H₂↑
Получение гидроксида бериллия (реакция BeCl₂ с щёлочью): BeCl₂ + 2NaOH → Be(OH)₂↓ + 2NaCl
Образование оксида бериллия (разложение гидроксида): Be(OH)₂ → BeO + H₂O
Образование натрия метабериллата (взаимодействие BeO с NaOH): BeO + 2NaOH → Na₂BeO₂ + H₂O
Получение нитрата бериллия (взаимодействие Na₂BeO₂ с HNO₃): Na₂BeO₂ + 2HNO₃ → Be(NO₃)₂ + 2NaNO₃ + H₂O