Название: Свойства элементов и их соединений (В.Т.Письменко, Л.В.Петрова, Е.С.Гиматова, ДН.Калюкова)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 826


Лабораторная работав 1 магний, кальций, их свойства и некоторые

СОЕДИНЕНИЯ

 

Магний и кальций находятся во II группе Периодической системы Д.И. Менделеева. Это типичные металлы, энергичные восстановители    ( РисЛ).

Магний используется в основном для получения лёгких сплавов. Соединения магния и кальция применяют в строительстве : асбест 3MgO*4Si02*CaO, гипс 2CaS04*H20? известь СаО, Са(ОН)2 , известняк, мрамор СаСОэ, и т.д. РисЛ

Магний и кальций активно взаимодействуют с элементарными окислителями, водой, кислотами и другими веществами в основном при комнатной температуре.

Химические свойства магния и кальция можно иллюстрировать следующими схемами   ( Рис. 2).

 

Экспериментальная часть

 

Цель работы: Опытным путём изучить свойства s - элементов и их соединений на примере магния и кальция, сравнить химическую активность этих двух элементов.

Задание 1. Восстановительные свойства магния и кальция.

Опыт 1. В одну пробирку налейте 2 - 3 мл воды , в другую столько же разбавленного раствора хлороводородной кислоты. В каждую пробирку опустите по кусочку магния. Взаимодействует ли магний с холодной водой ? Нагрейте эту пробирку над спиртовкой до кипения. Что наблюдаете ?

Такие же опыты проведите с металлическим кальцием. Одинаково ли ведут себя эти металлы ? Объясните эти явления и напишите уравнения реакций в молекулярной и электронно - ионной формах. Определите характер среды ( кислая или щелочная ) в растворах после растворения магния и кальция с помощью фенолфталеина.

 

Рис.2.

 

 

Mg(Ca)

 

Подпись: > MgO(CaO) - оксид MgH2 (СаН2), где ион НОг       

Н2      

(с водой гидрид реагирует по схеме : Mg+2 H2_1 + 2Н20 = Mg+2 (OHh + 2 Н2° Т

T2(F2, С12, Вг2,12)   ► MgT2 (Са Г2) галогенид

S          ► MgS (CaS) - сульфид

N2       ► Mg3N2(Ca3N2) - нитрид

Нитрид легко разлагается водой по схеме :

Mg3N2 + 6 Н20 -> 3Mg(OH)2 + 2NH3

С         ► Mg2C - карбид, который разлагается

водой по схеме :

Mg2C + 2Н20 -> 2MgO + CH4t Карбид кальция получают из оксида кальция и кокса по схеме: СаО +ЗС-»СаС2+СО ; карбид кальция разлагается водой с образованием ацетилена С2Н2 по схеме: Са С2 + 2Н20 ->Са(ОН)2 + С2Н21

д20      *-Mg(OH)2 при кипении, Са(ОН)2 при

комнатной температуре.

-НО     ► MgCl2(CaCl2) + Н21

H2S04 разб.    ► MgS04 (CaS04) + Н21

-HNO3 разб.   ► Mg(N03)2(Ca(N03)2)+NH4N03

(N20 t, N2 t) + H20

-НОДконц.     ► MgS04(CaS04)+H2St (S4)+H20

 

HNO3 конц.   ► MgCNO,^ (Ca(N03)2)+N02t+H20

- щелочь         ► не взаимодействуют.

Задание 2. Взаимодействие оксидов магния и кальция с водой.

Возьмите две пробирки. В одну из них поместите на кончике шпателя оксид магния, в другую - оксид кальция. Добавьте в каждую немного воды и тщательно размешайте. К разбавленным растворам прилейте по 2 - 3 капли фенолфталеина. В какой пробирке окраска интенсивнее и почему? Составьте уравнения реакций.

 

ЗаданиеЗ. Получение и свойства гидроксидов магния и кальция, В пробирки с небольшим количеством растворов нитратов или хлоридов магния и кальция прилейте по 2 - 3 мл раствора гидроксида натрия. Что происходит ? Напишите уравнения реакций. Составьте уравнения диссоциации гидроксидов магния и кальция, учтите, что Mg(OH)2 диссоциирует в две стадии.

 

Задание 4. Свойства солей магния и кальция*

В две пробирки налейте по 2 - 3 мл раствора соли магния. В одну из них прилейте 4 - 5 мл раствора сульфата натрия, в другую - карбоната натрия. То же проделайте с раствором соли кальция. Что происходит ? Прокипятите пробирки, в которых образовались дигидроксо-карбонат магния и карбонат кальция. Что наблюдаете?

К оставшимся осадкам прилейте разбавленной соляной кислоты. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

 

Задание 5. Гидролиз солей магния и кальция.

В пробирки поместите по несколько кристалликов нитратов и хлоридов магния и кальция. Прилейте по 4 - 5 мл воды и после растворения солей добавьте по 2 капли универсального индикатора. Изменилась ли окраска индикатора ? Объясните, что происходит, и установите характер среды.

 

Задание 6. Окрашивание пламени солями магния и кальция, В пробирку с раствором соли магния опустите стеклянную палочку с впаянной в неё нихромовой спиралью . Подержите смоченную спираль в пламени спиртовки и отметьте цвет пламени.

То же самое проделайте с раствором соли кальция. Это свойство солей используют в спектральном анализе для идентификации солей, а также при изготовлении сигнальных ракет разного цвета.

Задание 7. Получение магнезиального цемента.

В фарфоровой чашке растворите в небольшом количестве воды 10 г кристаллогидрата MgCl2 * 6Н20 .

Постепенно при помешивании стеклянной палочкой внесите в чашку 4 г оксида магния. Полученную тестообразную массу перенесите на стекло или любую водонепроницаемую пластинку.Через несколько часов масса затвердеет.Процесс происходит по уравнению:

MgO + MgCb + Н20 = 2MgOHCl Образовавшийся гидроксохлорид магния со временем полимеризу-ется, превращаясь в цепь - Mg - О - Mg - О - Mg - О - , на концах которой находятся ионы хлора или гидроксид - ионы.

 

Задание 8. Качественные реакции на обнаружение иона Ме+2. При действии на растворы солей магния щелочей и гидроксида аммония образутся белый аморфный осадок - гидроксид магния .Он хорошо растворяется в кислотах и растворах аммонийных солей. Реакции выражаются следующими ионными уравнениями :

Mg+2 + 2 ОН" = 4Mg(OH)2, Mg(OH)2 + 2Н+ = Mg+2 + 2Н20, Mg(OH)2 + 2NH/ - Mg+2 + 2NH4OH Последняя реакция обратима. При избытке в растворах ионов аммония они связывают ионы ОНи величина ПР( Mg (ОЩ2 ) не достигается, т.е. осадок Mg(OH)2 не образуется.

Для отделения ионов магния от ионов калия и натрия в виде Mg(OH)2 следует удалить ион аммония, например, кипячением.

Опыт 1. В пробирку, содержащую 2-3 капли раствора соли магния, прилейте такое же количество раствора гидроксида натрия. Наблюдайте выпадение осадка Mg(OH)2. В ту же пробирку прилейте 5 -6 капель раствора хлорида аммония. Что происходит ? Проверьте растворимость осадка в кислотах. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

 

Растворы солей магния с гидрофосфатом натрия Na2HP04 в присутствии растворов NH4Cl и NH4OH образуют белый кристаллический осадок двойной соли по схеме :

Mg+2+HP04~г+ NH4OH = 4MgNH4P04 + н2о.

Раствор хлорида аммония препятствует образованию осадка Mg(OH)2 в присутствии NH4OH. Гидроксид аммония предотвращает образование аморфного осадка кислой соли MgHP04l> и в его присутствии образуется двойная соль MgNH4P04.

Опыт 2. К 3 - 4 каплям исследуемого раствора прилейте 2 капли раствора гидроксида аммония с молярной концентрацией, равной двум, и немного больше раствора хлорида аммония такой же концентрации до полного растворения Mg (ОН)2 . Перемешайте раствор стеклянной палочкой и прилейте 2-3 капли раствора Na2HP04 . Наблюдайте медленное выпадение осадка. Процесс осаждения можно ускорить перемешиванием и охлаждением.

Аммиачный раствор соли магния образует с оксихинолином CfHflVOHзеленовато - желтый кристаллический осадок по схеме: Mg+2 + 2NH4OH + 2CH6NOH = ^Mg(C9H6NO)2 + 2NH/ + 2Н20 Реакция проходит в присутствии гидроксида аммония, так как в нейтральной среде (рН = 6-8) выпадает в осадок оксихинолин.

Опыт 3. В фарфоровую чашечку с 2 каплями раствора соли магния прилейте 2 капли раствора хлорида аммония, 2 капли раствора гидроксида аммония и 2 капли спиртового раствора оксихинолина.

Перемешайте смесь стеклянной палочкой и наблюдайте выпадение кристаллического осадка. Реакция с оксихинолином проверочная.

 

Задание 9, Качественные редкими на обнаружение иона Са2*.

Оксалат аммония (NN4)20204 образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но нерастворимый в уксусной кислоте:

Са2++ С204^ = I СаС204

Аналогичный осадок образует ион бария Ва . Поэтому для обнаружения иона кальция следует удалить ион бария.

Опыт 1.К двум каплям раствора хлорида кальция прилейте 2 кап-раствора (NH4)2C204 . Полученный осадок СаС204 разделите на две части :одну попробуйте растворить в уксусной кислоте, другую-в хлороводородной. Сделайте вывод.

Микрокристаллоскопическая реакция может служить как проверочная.

Опыт 2. Поместите на предметное стекло одну каплю раствора соли кальция, прилейте к ней одну каплю раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/л и осторожно нагрейте до начала образования кристаллов. После остывания пластинки наблюдайте под микроскопом длинные игольчатые кристаллы.

Чувствительность реакции : предельное разбавление 1 : 25000 . С помощью микрокристаллоскопической реакции ион кальция можно обнаружить в присутствии иона бария.

Контрольные вопросы и задачи

 

1.         Составьте электронные формулы атомов   магния и кальция

в нормальном и возбужденном состояниях.

Напишите уравнения реакций взаимодействия магния и кальция с кислородом, водой, кислотами: хлороводородной, азотной, серной (разбавленными и концентрированными). Расставьте коэффициенты.

Какой из элементов - магний или кальций-активнее взаимодействует с водой и почему ?

Какие соединения образуются при сгорании магния и кальция?

Что такое негашеная известь? гашеная? известковая вода? гипсовая вода?

Чем объясняется затвердевание на воздухе известкового раствора?

Используя правило произведения растворимости, объясните, почему Mg(OH)2 растворяется в хлороводородной кислоте лучше, чем в хлориде аммония?

8.         Какие соли обуславливают жесткость воды ?

9.         Какой объем ацетилена (условия нормальные) получится при

взаимодействии карбида кальция массой 12,8 г с водой ?

Какая масса гидрокарбоната кальция образуется при взаимодействии С02 объемом 488 мл при давлении 104 кПа и температуре 17 ° С с раствором гидроксида кальция ?

При взаимодействии двухвалентного металла массой 10 г с водой выделится водород объемом 5, 6 л (условия нормальные). Назовите металл.

Какую массу карбоната кальция надо взять, чтобы при прокаливании получить С02 объемом 3 л при 101,3 кПа и 0° С ?

Какая масса гидрокарбоната кальция содержится в воде объемом 10 л, временная жесткость которой 5 ммоль/л ?

Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к воде объемом 5л,чтобы устранить ее временную жесткость, равную Зммоль/л?

В медицине применяют 10 \% - ный раствор хлорида кальция. Какая масса кристаллогидрата СаС12 * 6Н20 необходима для приготовления раствора массой ЗООг ?

Как отличить: а) оксид кальция от его гидроксида; б) гидро-ксид кальция от мела ?

На титрование воды объемом 100 мл пошло 5 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. Какая жесткость воды?

Какая масса 10 \% - ной соляной кислоты расходуется на растворение доломита CaC03*MgC03 массой 1,84 г ?

Как различить мел и гипс с помощью воды и азотной кислоты?

Как различить находящиеся в растворе ионы магния и кальция?