Химические свойства щёлочноземельных металлов

Магний с холодной водой не реагирует, кальций реагирует — и это разница, на которой строят задачи.

4. Химические свойства металлов

Щелочноземельные металлы — сильные восстановители.

Реагент	Описание процесса и уравнения реакций
С галогенами	Регируют с парами галогенов. С бромом и йодом реакция идет при нагревании, а со фтором и хлором — уже при обычных условиях или небольшом нагревании. Образуются прочные ионные соли-галогениды: Be + Cl₂ → BeCl₂
С серой и фосфором	При нагревании активно взаимодействуют с неметаллами, образуя бинарные соединения. Фосфиды щелочноземельных металлов гидролизуются водой с выделением ядовитого газа фосфина (PH₃): Ca + S t°→ CaS 3Ca + 2P t°→ Ca₃P₂
С водородом	Ca, Sr и Ba реагируют с водородом при нагревании с образованием гидридов (твёрдых солеобразных веществ). Магний реагирует только при повышенном давлении, а бериллий не реагирует напрямую (гидрид BeH₂ получают косвенными путями): Mg + H₂ t°, p→ MgH₂ Ca + H₂ t°→ CaH₂
С азотом	Нитриды образуются при прокаливании металлов в атмосфере чистого азота или на воздухе. Полученные нитриды легко гидролизуются водой и кислотами с выделением аммиака: 3Mg + N₂ t°→ Mg₃N₂
С углеродом	Карбиды образуются при высоких температурах в электропечах. Важное отличие: карбид кальция — это ацетиленид (при гидролизе дает ацетилен), а карбид бериллия — метанид (при гидролизе дает метан): Ca + 2C t°→ CaC₂ 2Be + C t°→ Be₂C
С кислородом (Горение)	При горении на воздухе бериллий, магний и кальций (в отличие от большинства щелочных металлов) образуют нормальные оксиды. Магний горит ослепительно белым пламенем. Из-за наличия азота в воздухе образуется смесь оксида и нитрида. Барий способен образовывать пероксид при нагревании: 2Be + O₂ t°→ 2BeO 2Mg + O₂ t°→ 2MgO Ba + O₂ 500°C→ BaO₂ (пероксид бария)
С водой	Реакционная способность с водой сильно возрастает вниз по группе от Be к Ba: • Be не реагирует с водой даже при нагревании (защищен плотной оксидной пленкой). • Mg реагирует только с горячей водой или водяным паром с образованием малорастворимого гидроксида и водорода: Mg + 2H₂O t°→ Mg(OH)₂ + H₂↑ • Ca, Sr, Ba бурно реагируют с выделением водорода и образованием растворимых сильных оснований (щелочей). Реакция идет уже при комнатной температуре без нагревания: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑
С кислотами	Щелочноземельные металлы стоят до водорода в ряду активностей. Они легко вытесняют водород из кислот-неокислителей (HCl, разб. H₂SO₄, H₃PO₄ и др.): Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑ Ca + H₂SO_4(разб) → CaSO₄ + H₂↑ Взаимодействие с кислотами-окислителями (H₂SO₄ конц., HNO₃): Продукты зависят от концентрации кислоты и активности конкретного металла. Из-за активности этих металлов часто образуются глубокие продукты восстановления. С конц. H₂SO₄ возможно выделение H₂S или S: 3Mg + 4H₂SO_4(конц.) → 3MgSO₄ + S↓ + 4H₂O 4Ca + 5H₂SO_4(конц.) → 4CaSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O С HNO₃ (продукты варьируются вплоть до N₂O или нитрата аммония): 4Ca + 10HNO_3(конц.) → 4Ca(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O 4Ba + 10HNO_{3(оч.разб.)} → 4Ba(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
Восстановление оксидов	Могут восстанавливать неметаллы (Si, C, B) из их оксидов. 2Ca + SiO₂ → 2CaO + Si Магний горит в углекислом газе (в сухом льде): 2Mg + CO₂ → 2MgO + C
Вытеснение металлов	В расплавах и даже в твердых смесях (при поджигании) вытесняют менее активные металлы. Ca + CuCl_{2(расплав)} → CaCl₂ + Cu Mg + 2AgNO₃ → Mg(NO₃)₂ + 2Ag

Вопрос 1: Химические свойства простых веществ (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения химических реакций простых веществ и расставьте коэффициенты:

$Ca + N_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
$Mg + HNO_3(оч. разб.) \rightarrow \dots + \dots + \dots$
$Be + NaOH + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
$Mg + H_2O(пар) \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
$Ba + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
$Ca + C \xrightarrow{t^\circ} \dots$

Ответ:

$3Ca + N_2 \xrightarrow{t^\circ} Ca_3N_2$ (нитрид кальция)
$4Mg + 10HNO_3(оч. разб.) \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$
$Be + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Be(OH)_4] + H_2\uparrow$
$Mg + H_2O(пар) \xrightarrow{t^\circ} MgO + H_2\uparrow$ (магний реагирует с паром до оксида)
$Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2\uparrow$ (при н.у. с образованием щелочи)
$Ca + 2C \xrightarrow{t^\circ} CaC_2$ (карбид)

Пояснение: Бериллий амфотерен и растворяется в щелочах. Магний с горячей водой дает оксид, а кальций, стронций, барий реагируют с холодной водой с образованием гидроксидов.