Дослід 1. взаємодія оксиду магнію з водою

У пробірку кладуть порошок оксиду магнію, додають 1-2 мл дистильованої води, вносять 2-3 краплі фенолфталеїну. Що спостерігається? Чи розчиняється гідроксид магнію у воді? Нагрівають вміст пробірки до кипіння і кип’ятять протягом 1-2 хвилин. Що спостерігається? Складіть рівняння реакцій.

Дослід 2. Одержання оксиду кальцію та взаємодія його з водою

Шматочок мармуру або крейди затискають залізними щипцями і прожарюють 10-15 хвилин на вогні. Після охолодження поміщають прожарений шматочок в пробірку, додають трохи води і 2-3 краплі фенолфталеїну. Що спостерігається? Складають рівняння реакцій.

Дослід 3. Порівняльна розчинність сульфатів магнію

Та кальцію у воді

У дві пробірки вносять невеликі кількості (по 0,5 г) сульфату магнію і сульфату кальцію, додають воду (по 5-6 мл), збовтують. В якій пробірці сіль повністю розчинилась? Відбирають з пробірки з сульфатом кальцію 1-2 мл прозорого розчину, вносять в чисту пробірку і додають 1-2 мл розчину хлориду барію. Що спостерігається? Яка реакція проходить? Як змінюється розчинність у воді сульфатів ряду MgSO₄® BaSO₄?

Дослід 4. Порівняльна розчинність сульфату та карбонату

Кальцію у воді

Для одержання сульфату кальцію додають до 1-2 мл розчину хлориду кальцію 1-2 мл розчину сульфату натрію. Розчин відстоюється, а потім частину прозорого розчину переносять в чисту пробірку. В цей розчин додають 1-2 мл розчину карбонату натрію. Що спостерігається? Чому в розчині, після того як з нього випав осад сульфату кальцію, знову утворюється осад при додаванні карбонат-іонів? Складають рівняння реакцій в молекулярному та іонному вигляді.

Дослід 5. Дія кислот на карбонат кальцію

У три пробірки кладуть по шматочку мармуру й додають по І мл розчину кислот з молярною концентрацією еквівалента 2 моль/л (2 н.): в першу – хлорогідрогенної, в другу – оцтової, в третю – сульфатної. За інтенсивні­стю виділення вуглекислого газу роблять висновок про швидкість реакції. Складають рівняння реакцій. В якій пробірці з часом реакція майже припиняється? Чим це пояснюється?

МЕТОДИЧНІ ПОРАДИ

Магній і кальцій належать до головної підгрупи другої групи періодичної системи елементів. Вони легко окиснюються, але важко відновлюються зі сполук. Найбільш розповсюдженими мінералами, до складу яких входить магній, наприклад, можна назвати:

3MgO∙4SiO₂∙ H₂O - тальк;

3MgO∙2SiO₂∙2H₂O - азбест;

MgCl₂∙6H₂O - бішофіт

Одними з досить розповсюджених природних сполук магнію є магнезит MgCO₃ і доломіт CaCO₃∙MgCO₃.

В природі у невеликих кількостях зустрічається оксид магнію MgO (периклаз). У промисловості його отримують за допомогою термічної дисоціації карбонату магнію:

MgCO₃ = MgO + CO₂↑

В техніці MgO називають паленою магнезією. Це тугоплавка речовина, яку використовують для виготовлення вогнетривкої цегли, магнезіального цементу, добування магнію.

Оксид магнію не розчиняється у воді, але взаємодіє з нею:

MgO + H₂O = Mg(OH)₂

Гідроксид магнію реагує з кислотами і не взаємодіє з лугами:

Mg(OH)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2H₂O.

До важливих солей магнію відносять хлорид магнію MgCl₂.

Солі магнію підлягають гідролізу з утворенням основних солей:

MgCl₂ + H₂O ↔ MgOHCl + HCl

В техніці таку сіль MgOHCl отримують при взаємодії концентрованого розчину хлориду магнію з попередньо нагрітим до високої температури оксидом магнію:

MgCl₂ + MgO + H₂O ↔ 2MgOHCl

Це метод отримання магнезіального цементу, який використовують у будівельній справі.

Одним із розповсюджених елементів є кальцій. Маючи високу активність, він не зустрічається в природі у вільному стані, а лише в сполуках: CaCO₃ – кальцит; CaSO₄ – ангідрит; CaSO₄∙2H₂O – природний гіпс; Ca₃(PO₄)₂ – фосфорит; і штучні мінерали, які входять до складу портландського цементу: 3CaO∙SiO₂ – аліт; 2CaO∙SiO₂ - беліт; 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃ – целіт.

У промисловості кальцій отримують методом електролізу хлориду кальцію: на катодіCa⁺² + 2e^- = Ca^o ; на аноді 2Cl^- - 2e^- = Cl₂^o

Для зниження температури плавлення CaCl₂ добавляють фторид кальцію (CaF₂).

Невелику кількість кальцію отримують алюмотермією:

14CaO + 6Al = 5CaO ∙ 3Al₂O₃ + 9Ca.

При нагріванні на повітрі кальцій згорає і утворює оксид:

2Ca + O₂ = 2CaO.

В промисловості будівельних матеріалів оксид кальцію (негашене вапно) отримують розкладанням при нагріванні вапняку:

CaCO₃ CaO + CO₂↑

Ця реакція оборотна. Щоб запобігти цьому, потрібно відбирати СО₂.

Отриманий оксид кальцію активно самочинно взаємодіє з водою:

CаO + Н₂О = Са(ОН)_2.

Гідроксид кальцію використовується в будівництві як в’яжуча речовина і носить назву гашене вапно.

На повітрі гідроксид кальцію вступає в реакцію (з вуглекислим газом) і поступово перетворюється на карбонат кальцію:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Це – одна із причин твердіння вапна. Для виготовлення будівельного розчину до гашеного вапна добавляють кремнезем (SiO₂ ) як наповнювач. За певних умов між ними можлива реакція:

Ca(OH)₂ + SiO₂ = CaSiO₃ + H₂O

Це може бути другою причиною твердіння вапна.

Оксид кальцію разом з карбоном при високій температурі (1950^о С) утворює карбід кальцію СаС₂, який використовують для отримання ацетилену:

CаO + 3C = CаC₂ + СО

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Велике значення у будівництві має напівводний гіпс CaSO₄∙0,5H₂O. Його отримують з природного гіпсу CaSO₄∙2H₂O при нагріванні:

CaSO₄∙2H₂O = СaSO₄ ∙ 0,5H₂O + 1,5 Н₂О

При взаємодії напівводного гіпсу з водою, що є і реакцією твердіння, утворюється штучний камінь:

СaSO₄ ∙ 0,5H₂O + 1,5 Н₂О = CaSO₄∙2H₂O

П р и к л а д 1 . Скільки будівельного гіпсу можна добути з 800 кг природного гіпсового каменю?

Р о з в’ я з а н н я :Напишемо реакцію часткової дегідратації природного гіпсового каменю:

CaSO₄∙2H₂O = СaSO₄ ∙ 0,5H₂O + 1,5 Н₂О

Із моля природного гіпсу, який становить 172,1 г, отримують 81,1 г напівводяного гіпсу, з 800∙1000 г отримують Х г

Х = = 376990,12 г або 376,99 кг.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 9

Т В Е Р Д І С Т Ь В О Д И

Запитання і задачі :

1. Які солі зумовлюють твердість води? Яка твердість називається тимчасовою, постійною і загальною твердістю води?

2. Походження твердості води, її негативний вплив на властивості води.

3. В яких одиницях вимірюють твердість води?

4. Класифікація природних вод за твердістю.

5. Описати методи усунення тимчасової (карбонатної) твердості води.

6. Навести методи усунення постійної (некарбонатної) твердості води.

7. Скільки грамів соди Na₂CO₃ потрібно для пом’якшення 500 л води загальною твердістю 3 ммоль-екв/л?

8. Визначити твердість води, якщо в 750 л її міститься 80 г сульфату магнію.

Проведення дослідів