ЗАНЯТТЯ №15 (6 год.)

Тема 24. s-елементи ІА групи. Лужні метали

Тема 25. s-елементи ІІА групи. Берилій, Магній і лужноземельні елементи.

МЕТА:

§ Трактувати зміну величин атомних радіусів, енергії іонізації, електронегативності s- елементів та відновних властивостей простих речовин із зростанням їх атомного номеру.

§ Порівняти умови одержання, стійкість та хімічні властивості оксидів, пероксидів, надпероксидів, гідридів і гідроксидів s-елементів залежно від їх положення у періодичній системі елементів.

§ Пояснювати хімічні властивості простих речовин і сполук s-елементів за допомогою рівнянь хімічних реакцій.

§ Трактувати явище амфотерності на прикладі взаємодії берилію та його оксиду і гідроксиду з кислотами та лугами.

§ Запропонувати реакції якісного виявлення катіонів лужних і лужноземельних металів.

§ Запропонувати приклади використання сполук s-елементів у фармаці та медицині.

Професійна орієнтація студентів

Сполуки лужних металів застосовуються як фармацевтичні препарати (розчини NaCl, KCl як ін’єкційні розчини), а також як наповнювачі таблеткових форм, сухих сумішей і мікстур (Na₂CO₃). Поєднання поруч з солями лужних металів інших речовин можливе при умові їх індиферентної поведінки. Тому для правильного комбінування і поєднання компонентів лікарських засобів важливо знати хімічні властивості речовин, зокрема властивості лужних металів та їх сполук.

Сполуки кальцію і магнію застосовують у фармацевтичній практиці як самостійні активно-діючі компоненти лікарських засобів (ін’єкційні розчини, які містять MgCl₂, іони Mg²⁺ i Ca²⁺, різноманітні солі кальцію, як кальційвміщуючі препарати), а також як допоміжні речовини, які входять до складу лікарського засобу, як наповнювач: стеарати, гідрокарбонати. Для правильного комбінування складових лікарського засобу та наступного його аналізу необхідні знання хімічних властивостей солей кальцію та магнію.

Методика виконання практичної роботи.

Тема 24. s-елементи ІА групи. Лужні метали

Прилади і реактиви: штатив із пробірками, фарфорова чашка, пінцет, скальпель, фільтрувальний папір; натрій (металічний); Na₂S (крист.), KNO₃ (крист.), KCl (крист.), K₂CO₃ (крист.), Na₂CO₃ (крист.), NaHCO₃ (крист.), лакмус (розчин), розчини: LiCl (0,5н), NaCl (0,5н), HCl (0,5н).

Робота 1. Взаємодія натрію з водою.

У фарфорову чашку з водою вносять маленький шматочок натрію, обсушений фільтрувальним папером. Спостерігають за ходом реакції через скло витяжної шафи. Який газ виділяється? Випробувати індикаторним папірцем отриманий розчин. Написати рівняння реакції.

Робота 2. Гідроліз солей лужних металів.

В чотири різних пробірки внести по декілька кристаликів калій нітрату, натрій сульфіду, калій хлориду і калій карбонату. В кожну пробірку налити по 2 мл води. Які солі повинні гідролізувати? Доведіть це випробуванням індикаторним папірцем. Написати рівняння реакцій гідролізу в молекулярній і іонній формі.

Робота 3. Забарвлення полум’я солями лужних металів.

Очищену шляхом промивання в хлоридній кислоті і прожарювання в полум’ї ніхромову дротину внести в розчин солі калію, а потім у безбарвне полум’я газового пальника. Спостерігати забарвлення полум’я. Те ж саме проробити з солями літію і натрію. Дротинку після кожної солі промивати хлоридною кислотою і прожарювати до повного зникнення забарвлення полум’я.

Робота 4. Реакція середовища в розчині натрій карбонату і натрій гідрокарбонату .

Внести у три пробірки по 6-7 крапель дистильованої води. В кожну з них додати стільки ж нейтрального розчину лакмусу. В одну пробірку внести 1 мікрошпатель кристалів натрій карбонату, а в другу – таку ж кількість натрій гідрокарбонату. Третю пробірку залишити для порівняння. Перемішати розчини скляною паличкою. Порівняти забарвлення лакмусу в розчинах солей з його забарвленням в третій пробірці. Яке середовище і чому утворилося в розчині натрій карбонату, в розчині натрій гідрокарбонату? Написати іонні та молекулярні рівняння реакцій. Чому відтінок забарвлення лакмусу в розчинах цих солей різний? Відповідь обгрунтуйте.

Тема 25. s-елементи ІІА групи. Берилій, Магній і лужноземельні елементи.

Прилади і реактиви: штатив з пробірками; Mg (порошок); розчини: HCl (0,5н), H₂SO₄ (0,5н), MgCl₂ (1н), NaOH (2н), NH₃H₂O (2н), NH₄Cl (2н), CaCl₂ (0,1н), SrCl₂ (0,1н), BaCl₂ (0,1н), Na₂SO₄ (0,2н), K₂CrO₄ (0,1н), CH₃COOH (0,5н), фенолфталеїн (розчин); універсальний індикаторний папірець.

Робота 5. Взаємодія магнію з водою.

Декілька шматочків магнію опустити в пробірку з дистильованою водою. Чи є видимі ознаки проходження реакції на холоді? Закріпити пробірку в пробіркотримачі і нагріти її на невеликому полум’ї пальника. Що спостерігається? Визначити кислотність середовища після проходження реакції за допомогою індикаторного папірця.

Робота 6. Взаємодія магнію з кислотами.

По таблиці стандартних електродних потенціалів знайти стандартний електронний потенціал магнію і зробити висновок про можливості його взаємодії з розведеними розчинами хлоридної і сульфатної кислот. Перевірити припущення дослідним шляхом. Написати рівняння реакцій.

Робота 7. Отримання і властивості магній гідроксиду.

А. Внести в дві пробірки по 4-5 крапель 1н розчину магній хлориду. Потім в одну пробірку додати 4 краплі 2н розчину натрій гідроксиду, а в другу 4 краплі 2н розчину аміаку. Відзначити колір і характер осадів, які утворилися. Звернути увагу на об’єм осадів. Написати рівняння реакції в молекулярній та іонній формі. Дати пояснення, чому об’єм осадів неоднаковий в обох пробірках. У другу пробірку з осадом магній гідроксиду внести 4-5 краплі 2н розчину амоній хлориду. Що спостерігається? Написати рівняння реакції в молекулярній та іонній формах. Чи можна розчинити осад магній гідроксиду додаванням розчину натрій хлориду?

Б. Осад магній гідроксиду із першої пробірки розділити на 2 пробірки. Випробувати вплив дії 2н розчину хлоридної кислоти і 2н розчину натрій гідроксиду на осад. Зробити висновок про хімічну природу магній гідроксиду. Написати рівняння реакції.

Робота 8. Отримання гідроксидів лужноземельних металів.

До однакових об’ємів 0,1н розчинів CaCl₂, SrCl₂, BaCl₂, взятих в окремих пробірках, внести розчин натрій гідроксиду. Звернути увагу на об’єм осаду в кожній пробірці. Написати рівняння реакцій.

Повторити дослід, взявши замість розчину натрій гідроксиду 2н розчин аміаку. Порівняйте отримані результати з попереднім дослідом. Дати пояснення. Написати відповідні рівняння реакцій в молекулярній й іонній формі.

Робота 9. Хромати лужноземельних металів.

В три пробірки внести окремо в кожну по 4-5 крапель 0,1н розчинів кальцій хлориду, стронцій хлориду і барій хлориду. В кожну пробірку додати по 4-5 крапель 0,1н розчину калій хромату. Хромати яких металів випадають в осад? Відзначте їх колір. Випробуйте дію оцтової кислоти на осади хроматів.

Отримайте знову осад барій хромату і випробуйте дію хлоридної кислоти на нього. Що спостерігається? Написати відповідні рівняння реакцій. Пояснити, чому стронцій хромат розчинений в оцтовій кислоті, а барій хромат майже нерозчинний у ній, але розчиняється в хлоридній кислоті.

Робота 10. Забарвлення полум’я солями лужноземельних металів.

Ніхромову дротинку внести в концентровану хлоридну кислоту, а потім прожарити її на пальнику. Чиста дротинка не повинна забарвлювати полум’я пальника.

Очищену ніхромову дротинку опустити в розчин барій хлориду і знову внести в полум’я пальника, відзначити забарвлення полум’я. Дослід повторити з розчинами хлоридів стронцію і кальцію. Перед кожним дослідом дротинку промити в концентрованій хлоридній кислоті і прожарити.

Програма самопідготовки

Тема 24. s-елементи ІА групи. Лужні метали

Загальна характеристика s-елементів ІА групи. Поширення в природі. Біологічна роль елементів у мінеральному балансі організму. Макроелементи, їх вміст у організмі. Йонофори та їх роль у мембранному перенесенні йонів Калію і Натрію. Характеристика йонного стану цих елементів.

Металічний стан лужних металів. Відмінність Літію від інших лужних металів. Взаємодія з простими і складними речовинами. Бінарні сполуки лужних металів: гідриди, оксиди, пероксиди, супероксиди, озоніди.

Гідроксиди лужних металів, солі та їх властивості, застосування. Хімічні основи застосування сполук Літію, Натрію і Калію в медицині.

Тема 25. s-елементи ІІА групи. Берилій, Магній і лужноземельні елементи

Загальна характеристика. Відновні властивості простих речовин елементів. Порівняльна характеристика властивостей берилію, магнію та кальцію. Характер взаємодії простих речовин з водою, розчинами кислот та основ.

Берилій. Хімічна активність. sр-Гібридизація атомних орбіталей Берилію. Амфотерність берилію, його оксиду та гідроксиду. Аква- та гідроксокомплекси Берилію. Розчинність у воді та гідроліз солей Берилію. Подібність Берилію з Алюмінієм (діагональна подібність), її причини.

Магній. Оксид та гідроксид Магнію. Розчинність солей Магнію у воді та їх гідроліз. Йон Магнію як комплексоутворювач. Хлорофіл.

Лужноземельні метали. Загальна характеристика. Фізико-хімічні властивості та характеристика найважливіших сполук. Основний характер оксидів та гідроксидів. Розчинність гідроксидів та солей у воді. Реакції виявлення катіонів Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺. Реакції катіонів IIА групи з комплексонами (на прикладі ЕДТА). Твердість води, одиниці її вимірювання. Методи її усунення.

Сполуки Кальцію в кістковій тканині, подібність йонів Кальцію і Стронцію, ізоморфне заміщення (проблема стронцій-90). Токсичність Берилію і Барію. Біологічна роль Кальцію та Магнію. Хімічні основи застосування сполук Магнію, Кальцію і Барію в медицині й фармації.

Зразки тестових завдань та ситуаційних задач.

1. Із поданих елементів виберіть ті, що відносять до s-елементів

*А. Натрій, калій

B. Ванадій, алюміній

С. Фтор, хлор

D. Бром, йод

Е. Залізо, марганець

2. Лужні метали це:

А. Кальцій, магній

*B. Калій, натрій

С. Ферум, марганець

D. Сірка, вуглець

Е. Алюміній, бром

3. За фізичними властивостями кальцій – це:

Червоний, легкий метал

Золотисто-жовтий, важкий метал

*C. Сріблясто-білий, легкий метал

Жовтий, легкий метал

Е. Червоний, важкий метал

4. У складних сполуках кальцій проявляє ступінь окиснення:

*A. +2

B. -2

+4

+3

Е. +5

1. Запишіть електронно-графічні схеми та електронні формули наступних атомів та іонів: Li, K, Na, Rb, Li⁺, K⁺, Na⁺, Rb⁺. Як змінюються атомні радіуси у межах 1-ї головної підгрупи. Поясніть чому.
2. Охарактеризуйте хімічні властивості лужних металів.
3. Записати реакції, які лежать в основі добування натрію електролізом розплаву натрій хлориду.
4. Як взаємодіють лужні метали з киснем? Записати рівняння реакцій.
5. Дописати рівняння реакцій:

1)Li+H₂O=;

2)Na+HCl=;

3)Li+Cl₂=;

4)Na+S=;

5)K+H₂=;

6)Li+N₂=;

7)Li+C=;

8)K+H₂SO₄(холод)=;

9)K+NH₃=;

10)Na+HNO₃=;

11)Li+KCl=.

6. Запропонуйте способи отримання оксидів лужних Ме.
7. Дописати рівняння реакцій:

1)Li₂O+H₂O=; 2)Na₂O+SO₃=; 3)K₂O+HNO₃=. Про які властивості оксидів лужних металів свідчать ці реакції?

8. Дописати рівняння реакцій:

1) Na₂O₂ + KJ + H₂SO₄ = J₂ +

2) Na₂O₂ + Fe(OH)₂ + H₂O =

3) NaH + H₂O = H₂ + …

4) Na₂O₂ +KMnO₄ + H₂SO₄ = MnSO₄

5) Na + H₂ =

6) Li₃N + H₂ = LiH + …

9. Запропонуйте рівняння реакцій одержання NaOH за реакціями:

а) електролізу розчинів; б) обміну; в) взаємодією металів, оксидів, пероксидів з водою. Допишіть рівняння реакцій: 1)NaOH+CO₂=;

2)LiOH+HCl=;

3)NaOH+CH₃COONa=.

10. За допомогою яких реакцій можна виконати наступні перетворення:

KCl ® KOH ® K₂CO₃ ® KNO₃ ® KNO₂ ® KNO₃.

11. Знайти маси калій хлориду і натрій хлориду в суміші, якщо на осадження всіх іонів хлору з 5,32 г такої суміші затрачено 500 мл 0,16 М розчину аргентум нітрату.
12. Наведіть формули кальцинованої, кристалічної, питної та каустичної соди.

13. Написати електронні формули атомів берилію, магнію і лужноземельних металів. Яку валентність можуть проявляти атоми цих елементів в незбудженому стані? Як повинні змінюватися властивості гідроксидів елементів даної групи?

14. Наведіть рівняння реакцій одержання:

а) берилію, відновленням фториду;

б) барію, відновленням оксиду;

в) кальцію та стронцію електролізом розплавів солей.

15. Як змінюється активність та відновна здатність у ряді Be-Mg-Ca-Sr-Ba. Допишіть рівняння реакцій:

1)Mg+H₂O=;

2)Ca+H₂O=;

3)Mg+O₂=;

4)Be+Cl₂=;

5)Ba+S=;

6)Mg+N₂=;

7)Ca+H₂=;

8)Ca+C=;

9)Ba+P=;

10)Ba+HCl=;

11)Ca+H₂SO₄=;

12)Sr+NH₃ (Pt, холод)=.

16. До розчину, що містить солі кальцію, берилію і магнію, додали надлишок розчину їдкого натру. Написати іонні рівняння всіх реакцій, які при цьому відбулися. Яка речовина випала в осад? Які іони залишилися в розчині?

17. Які з гідроксидів лужно-земельних металів мають амфотерні властивості? Які з них є слабкими основами, а які сильними?

18. Який осад почне випадати першим, якщо до розчину, що містить іони Са²⁺ і Ва²⁺ однакової концентрації, поступово краплями додавати розведений розчин натрій сульфату? Якою буде послідовність осадження з розчину іонів Са²⁺ і Ва²⁺, якщо до нього поступово додавати розведений розчин амоній оксалату (NH₄)₂C₂O₄?

19. Допишіть рівняння реакцій:

1) Ca(OH)₂+SO₂=; 2) Mg(OH)₂+CH₃COOH=; 3) Be(OH)₂+ NaOH=; 4)Ba(OH)₂+K₂SO₄=.

20. Закінчити рівняння реакцій:

1) BaO₂ + FeSO₄ + H₂SO₄ → Fe(SO₄)₃ + BaSO₄ + H₂O

2) BaO₂ + Cr₂(SO₄)₃ + NaOH → Na₂CrO₄ + Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ + H₂O

3) Be + HCl + H₂O →

4) BeF₂ + SіF₄ →

21. Яку масу кальцій гідриду необхідно обробити водою, щоб одержати водень, об’ємом 100м³ при 27˚С і тиску 1,5 атм?

22. Що таке «твердість води»? Які є її види і наявністю яких солей вона обумовлюється? Вкажіть способи пом’якшення води у кожному випадку.

23. Назвіть хелатну комплексну сполуку, до складу якої входить Mg. Яку біологічну роль вона відіграє?

Студент повинен знати:

1. Хімічні властивості елементів І та ІІ групи головної підгрупи, та властивості їх сполук.

Студент повинен вміти:

1. Проводити аналіз солей металів І та ІІ групи головної підгрупи.

Джерела інформації

а) Основні:

1. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.
2. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підруч. Для студ. вищ. навч. закл. –ВТФ «Перун», 2004. – 480 с.

3. Рейтер Л.Г. Степаненко О.М., Басов В.П. Теоретичні розділи загальної хімії: Навчальний посібник. – К.: Каравела, 2003. – 344 с.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая шк., 2003. – 743 с.

5. Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер, В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.
6. Каличак Я.М., Кінжибало В.В., Котур Б.Я. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести: Навчальний посібник. – Львів: Світ, 2001. – 176 с.
7. Державна Фармакопея України / Державне підприємство «Науковий-експертний фармакопейний центр». – 1-е вид. – Харків: РІРЕГ, 2001.– 556 с.
8. www.tdmu.edu.te.ua/education.php.

б) Додаткові:

1. В. Гомонай, С. Мільович Біонеорганічна хімія. – Ужгород: ВАТ «Патент», 2006. – 200 с.

2. Телегус В.С., Бодак О.І., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії – За ред. В.С. Телегуса: Підручник – Львів: Світ, 2000 – 424 с.

3. Ершов Ю.А. Попков А.С. Берлянд А.З. Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с.

Автор: к.х.н., асист. Демид А.Є.

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

_____ ________2013 р. протокол № ___

Переглянуто на засіданні кафедри

_____ ________20__ р. протокол № ___