← Щёлочноземельные металлы

Оксиды и гидроксиды

Негашёная и гашёная известь, известковая вода и амфотерный гидроксид бериллия.

5.1. Оксиды (MO)

Оксиды Ca, Sr, Ba, Mg — основные. Оксид бериллия BeO — амфотерный.

Получение:

Способ / Условие Описание процесса и уравнения реакций
Окисление металлов
Щелочноземельные металлы сгорают в кислороде с образованием оксидов (барий частично образует пероксид):
2Ca + O2 → 2CaO
Разложение карбонатов
Оксиды щелочноземельных металлов получают прокаливанием природных карбонатов — минералов известняка, доломита, магнезита:
CaCO3 t°→ CaO + CO2
MgCO3 t°→ MgO + CO2
Разложение нитратов
Оксиды можно получить сильным прокаливанием нитратов:
2Ca(NO3)2 t°→ 2CaO + 4NO2 + O2
Разложение гидроксидов
Нерастворимые (Be, Mg) и слаборастворимые (Ca) гидроксиды разлагаются при нагревании:
Mg(OH)2 t°→ MgO + H2O

Химические свойства:

Реагент / Условие Описание процесса и уравнения реакций
С кислотными оксидами
Основные оксиды реагируют с кислотными с образованием солей:
MgO + CO2 → MgCO3
С кислотами
Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды:
CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
С водой
Наиболее активные оксиды реагируют с водой, образуя щелочи («гашение извести»):
CaO, SrO, BaO реагируют активно:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Гашение извести
MgO реагирует только при нагревании:
MgO + H2O t°→ Mg(OH)2

BeO с водой не реагирует.
Свойства амфотерного BeO
Оксид бериллия проявляет не только основные, но и кислотные свойства (реакции с щелочами и основными оксидами):
С основными оксидами:
BeO + Na2O t°→ Na2BeO2 (бериллат натрия)

Со щелочами (при сплавлении) образуются безводные бериллаты:
BeO + 2NaOH t°→ Na2BeO2 + H2O

С растворами щелочей образует комплексные соли (тетрагидроксобериллаты):
BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4]

Вопрос 1: Свойства оксидов (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций оксидов IIA группы и расставьте коэффициенты:

  1. $CaO + H_2O \rightarrow \dots$ (гашение извести)
  2. $MgO + CO_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
  3. $BaO + Al_2O_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
  4. $BeO + NaOH \xrightarrow{t^\circ(сплавление)} \dots + \dots$
  5. $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$ (обжиг известняка)
  6. $Mg(NO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots\uparrow$

Ответ:

  1. $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
  2. $MgO + CO_2 \xrightarrow{t^\circ} MgCO_3$
  3. $BaO + Al_2O_3 \xrightarrow{t^\circ} Ba(AlO_2)_2$ (алюминат бария)
  4. $BeO + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2BeO_2 + H_2O\uparrow$ (бериллат натрия)
  5. $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$
  6. $2Mg(NO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} 2MgO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$

5.2. Гидроксиды (M(OH)2)

Гидроксиды Ca, Sr, Ba — щелочи (сила основания растет от Ca к Ba). Mg(OH)2 — нерастворимое основание. Be(OH)2 — амфотерный гидроксид.

Получение:

Способ / Реагент Описание процесса и уравнения реакций
Оксид + Вода
Для оксидов кальция, стронция и бария реакция с водой носит экзотермический характер и приводит к образованию щелочей. Процесс "гашения извести" (превращение CaO в Ca(OH)₂):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Металл + Вода
Реакция простых веществ (от Ca до Ba) с водой идет бурно, вытесняя водород и образуя сильные растворимые основания:
2Ca + 2H2O → 2Ca(OH)2 + H2↑
Обменная реакция
Известно, что гидроксиды магния и кальция малорастворимы. Их можно осадить из растворов солей добавлением избытка более сильной щелочи (NaOH или KOH):
Ca(NO3)2 + 2KOH → Ca(OH)2↓ + 2KNO3

Химические свойства:

Реагент / Свойство Описание процесса и уравнения реакций
С кислотами
Реакция нейтрализации: основания взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Гидроксиды Ca, Sr, Ba являются сильными основаниями и реагируют с любыми кислотами. Гидроксид магния — нерастворимое основание, он взаимодействует преимущественно с сильными кислотами:
Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O
Mg(OH)2 + H2SO4 → MgSO4 + 2H2O
С кислотными оксидами
Растворимые гидроксиды реагируют с кислотными оксидами. Если гидроксид в избытке, образуется средняя соль. Если кислотный оксид в избытке (или пропускается долго) — образуется кислая соль (гидрокарбонаты, гидросульфиты, гидрофосфаты):
Ba(OH)2(изб.) + CO2 → BaCO3↓ + H2O (средняя соль)
Помутнение баритовой воды
Ba(OH)2 + 2CO2(изб.) → Ba(HCO3)2 (кислая соль)
С амфотерными оксидами и гидроксидами (для Ca, Sr, Ba) В расплаве (образуются средние соли):
Ba(OH)2 + Al2O3 t°→ Ba(AlO2)2 + H2O

В растворе (образуются комплексные соли):
Ba(OH)2 + Al2O3 + 3H2O → Ba[Al(OH)4]2
С кислыми солями
Добавление щелочи к кислой соли вызывает ее "донейтрализацию", отщепляя остаточный протон. При этом в случае кальция выпадает осадок нерастворимого среднего карбоната:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Образование осадка CaCO3
С неметаллами
Основания щелочноземельных металлов могут реагировать с простыми неметаллами в реакциях диспропорционирования (зависит от t°). Хлор, бром, йод, сера и фосфор взаимодействуют с образованием смеси солей:
С амфотерными металлами (Be, Al, Zn)
Щелочи растворяют металлы, оксиды которых обладают амфотерными свойствами. При этом выделяется водород и образуется комплексная соль:
В расплаве:
Ca(OH)2 + Zn t°→ CaZnO2 + H2↑

В растворе:
Ca(OH)2 + 2Al + 6H2O → Ca[Al(OH)4]2 + 3H2↑
Обменные реакции с солями
Щелочи вступают в реакции ионного обмена с солями, если продуктом является осадок нерастворимого гидроксида/соли или выделяется газ (как аммиак при реакции с солями аммония):
Ba(OH)2 + FeCl2 → BaCl2 + Fe(OH)2↓
2NH4Br + Ca(OH)2 → CaBr2 + 2NH3↑ + 2H2O
Термическое разложение
В отличие от щелочей натрия и калия, большинство гидроксидов элементов II группы (кроме Ba(OH)₂) обладают достаточно низкой термической стабильностью и полностью разлагаются на оксид и воду при прокаливании:
Mg(OH)2 t°→ MgO + H2O
Сила оснований
По группе вниз сила оснований увеличивается: Mg(OH)₂ — слабое основание, Ca(OH)₂ — щелочь средней силы, а Ba(OH)₂ — сильная щелочь:
Ba(OH)2 ⇄ Ba2+ + 2OH-

Mg(OH)2 — нерастворимое основание. Be(OH)2 — амфотерный гидроксид.
Свойства амфотерного Be(OH)2
Гидроксид бериллия (как и оксид) способен проявлять кислотные свойства в реакциях с сильными щелочами, образуя гидроксокомплексы в водном растворе и безводные соли при сплавлении:
В расплаве:
Be(OH)2 + 2NaOH t°→ Na2BeO2 + 2H2O

В растворе:
Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4]

Вопрос 1: Свойства гидроксидов (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций и расставьте коэффициенты:

  1. $Ca(OH)_2 + CO_2(изб) \rightarrow \dots$
  2. $Ba(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
  3. $MgSO_4 + KOH \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
  4. $Mg(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$
  5. $Be(OH)_2 + NaOH(водн.) \rightarrow \dots$

Ответ:

  1. $Ca(OH)_2 + 2CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$ (растворимый гидрокарбонат)
  2. $Ba(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2H_2O$
  3. $MgSO_4 + 2KOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$
  4. $Mg(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} MgO + H_2O$
  5. $Be(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Be(OH)_4]$ (образование гидроксокомплекса)