Лабораторная работа 16
S-металлы
Цель работы: изучить химические свойств s-металлов.
Задание: провести реакции взаимодействия натрия, калия, магния, кальция с водой; убедиться на опыте, что пероксид натрия подвергается гидролизу и обладает двойственными окислительно-восстановительными свойствами; определить продукты горения магния. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.
Теоретическое введение
В периодической системе s-металлы расположены в IА (щелочные металлы (ЩМ)) и IIА (Ве, Мg и щелочноземельные металлы (ЩЗМ)) группах Периодической системы (табл. Б. 5). На внешнем энергетическом уровне у атомов щелочных металлов находится один электрон (ns1), у атомов Ве, Mg и ЩЗМ – два электрона (ns2). Во всех соединениях ЩМ проявляют степень окисления +1, Ве, Mg и ЩЗМ +2.
Все s-металлы – сильные восстановители. Они энергично взаимодействуют с кислородом. При этом литий образует оксид Li2O, натрий − пероксид Na2O2, а калий, рубидий и цезий – надпероксиды МО2. Бериллий, магний и ЩЗМ образуют оксиды МО. Пероксиды ЩМ проявляют окислительные и восстановительные свойства, причем окислительные свойства выражены сильнее. Пероксиды являются солями пероксида водорода. Поскольку кислотные свойства Н2О2 выражены очень слабо, пероксиды, растворяясь в воде, подвергаются почти полному гидролизу.
ЩМ также энергично взаимодействуют с галогенами, особонно с фтором и хлором, с образованием соответствующих галогенидов; Ве, Mg и ЩЗМ реагируют с галогенами при обычных температурах или при небольшом нагревании. Безводные галогениды ЩЗМ легко присоединяют воду и аммиак.
Из ЩМ только литий непосредственно взаимодействует с азотом при комнатной температуре, образуя нитрид лития Li3N. Магний и ЩЗМ реагируют с азотом при нагревании с образованием М3N2.
ЩМ энергично взаимодействуют с водой при комнатной температуре, вытесняя из нее водород и образуя гидроксиды. Активность взаимодействия с водой возрастает по мере увеличения порядкового номера элемента. Также взаимодействуют и ЩЗМ. Бериллий и магний отличаются во многих отношениях от щелочноземельных металлов. С водой они взаимодействуют очень медленно, так как образующиеся при этом гидроксиды малорастворимы в воде. Магний хорошо реагирует с водой при нагревании и при комнатной температуре в присутствии хлорида аммония NH4Cl, который удаляет с поверхности магния защитную пленку из Mg(OH)2.
Гидроксиды ЩМ хорошо растворимы в воде, являются сильными основаниями и называются щелочами. Гидроксиды металлов II А группы менее растворимы и являются более слабыми основаниями. Основные свойства гидроксидов М(ОН)2 увеличиваются от Ве(ОН)2 (амфотерного) до Ва(ОН)2 (щелочь).
Выполнение работы
Опыт 1. Взаимодействие щелочных металлов с водой (групповой)
Налить в кристаллизатор воды. Пинцетом достать кусочек металлического натрия из склянки, где он хранится под слоем керосина, и высушить его фильтровальной бумагой. Ножом отрезать кусочек металла величиной со спичечную головку. Обратить внимание на потускнение металлической поверхности свежего надреза. Пинцетом перенести металл в кристаллизатор с водой. По окончании реакции к полученному раствору прибавить 1−2 капли фенолфталеина.
Не наклоняться над кристаллизатором, так как под конец реакции происходит разбрызгивание металлической окалины, которая может причинить сильные ожоги.
Провести аналогичный опыт с калием.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнения реакций взаимодействия натрия и калия с водой.
2. Сделать вывод об активности натрия и калия по отношению к воде.
Опыт 2. Взаимодействие пероксида натрия с водой
В пробирку внести шпатель пероксида натрия Na2О2, добавить 1–2 мл воды, затем несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается?
Требование к результатам опыта
Написать уравнение реакции гидролиза пероксида натрия и сделать вывод, солью какой кислоты является Na2О2.
Опыт 3. Окислительные и восстановительные свойства пероксида натрия
· Налить в пробирку 1–2 мл раствора иодида калия KI, добавить такое же количество разбавленной серной кислоты и насыпать шпатель пероксида натрия. Что происходит?
· Налить в пробирку 1–2 мл раствора перманганата калия KMnO4, добавить шпатель пероксида натрия и перемешать. Отметить изменение окраски раствора.
Требования к результатам опыта
1. Закончить уравнения окислительно-восстановительных реакций:
Na2О2 + KI + Н2SO4 = …;
Na2О2 + KMnO4 + Н2О = …,
в каждой реакции указать окислитель и восстановитель.
2. Сделать вывод об окислительно-восстановительных функциях Na2О2.
Опыт 3. Горение магния на воздухе (групповой)
Взять пинцетом кусочек магниевой стружки и внести в пламя спиртовки. После воспламенения сжечь его над фарфоровой чашкой. К собранному в чашке оксиду магния прилить несколько капель воды, хорошо перемешать и добавить 1–2 капли фенолфталеина. Объяснить появление окраски. С какими составными частями воздуха вступает во взаимодействие магний?
Требование к результатам опыта
Составить уравнения реакций взаимодействия магния с кислородом, азотом и продуктов их взаимодействия с водой.
Опыт 4. Взаимодействие кальция и магния с водой
В три пробирки налить по 3–4 мл воды и в каждую добавить по несколько капель фенолфталеина. В одну пробирку пинцетом внести кусочек кальция, в две другие – по кусочку магния. Наблюдать за протеканием реакций. Одну из пробирок с магнием нагреть, в другую пробирку с магнием добавить раствора хлорида аммония.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнения реакций взаимодействия:
а) кальция с водой; б) магния с водой; в) магния с водой и NH4Cl.
2. Объяснить влияние нагревания и присутствия хлорида аммония на реакцию взаимодействия магния с водой.
3. Сделать вывод об активности кальция и магния по отношению к воде.