Почему щелочные щелочноземельные металлы хранят под керосином

Урок химии в 9 классе по теме: «Щелочные металлы»

Щелочные металлы – представители химически активных неорганических веществ: калий, натрий, литий, цезий, рубидий, франций. Их широко используют в быту, технике, различных промышленных и научных областях, производстве других металлов и сплавов: в источниках тока, аккумуляторах; в противогазах и дыхательных аппаратах; в оптических приборах, оружейных прицелах ночного видения; в составе лекарственных средств; в роли катализаторов химических процессов; изотопы цезия входят в состав средства для стерилизации медицинских инструментов; соединения рубидия используют не только в химической, но и в атомной промышленности.

Металлы этой группы очень опасны, так как способны воспламеняться просто от контакта с водой или кислородом воздуха, поэтому работать с ними нужно очень осторожно и хранить в особых условиях.

Какие факторы влияют на срок хранения

Соприкосновение щелочных металлов с влагой приводит к бурной химической реакции, выделению большого количества тепла, разогреву веществ и выделению водорода, в результате возможно воспламенение или даже взрыв. При этом образуются щелочи – очень активные соединения, вызывающие ожоги. Поэтому опасно содержать щелочные металлы в помещениях с повышенной влажностью.

Для работы с такими агрессивными веществами необходим вытяжной шкаф, обитый внутри стальными листами, поддон с асбестовым ковриком, далеко от источника влаги и огня. Безопасно хранить такие металлы, залитыми обезвоженным трансформаторным маслом или керосином, чтобы не допустить контакта чистого металла с воздухом.

Очень легкий литий в керосине всплывает на поверхность, поэтому его дополнительно прижимают сеткой или хранят под слоем вазелина, парафина.

Керосин, применяемый для хранения в нем активных металлов, необходимо периодически проверять на влажность. Для этого к небольшому количеству испытуемого керосина добавляют кусочек натрия. Если не появились пузырьки газа (водорода), керосин считается качественным.

Тара после щелоч­ных металлов обезвреживается этиловым спиртом. Отходы и обрезки металлов необходимо собирать в отдельные банки с керосином для последующей утилизации.

Выбрасывать такие отходы в канализацию категорически запрещено.

Ненужные остатки калия и натрия не следует накапливать больше 2 грамм, а утилизировать в тот же день. Сначала отходы нужно растворить в этило­вым спирте, приливая его небольшими порция­ми. Полученный раствор сильно разбавляют водой и только после этого уже можно сливать в канализацию.

Если условия хранения не соблюдались и произошло возгорание, тушить следует сухим песком или с помощью порошкового огнетушителя. Воду применять в этом случае нельзя.

ГДЗ Химия 9 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §16 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Другие задания смотри здесь…

красным цветом приводится решение

а фиолетовым ― объяснение.

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯУпражнение 1.
Дайте общую характеристику щелочных металлов на основании их положения в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Щелочные металлы располагаются в IА группе, являются s-элементами. На внешнем энергетическом уровне их атомов содержится по 1 электрону. Минимальная степень окисления 0, максимальна ― +1.Найдите сходство и различия в строении атомов щелочных металлов. Сходство: одинаковое количество электронов на внешнем энергетическом уровне атома (1). Различие: разное количество энергетических уровней в электронной оболочке атома ( от 1 до 7), то есть разный радиус атома.
Упражнение 2.
Как хранят щелочные металлы в лаборатории? Щелочные металлы хранят под слоем защитной жидкости (керосина), поскольку они активно реагируют с составными частями воздуха.

Перечислите химические свойства щелочных металлов и раскройте зависимость скорости протекания реакций от природы щелочного металла. Щелочные металлы взаимодействуют с неметаллами и водой. Скорость химической реакции возрастает от лития к цезию.

ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1.
Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций: а) калия с водой; б) натрия с серой; в) оксида цезия с соляной кислотой; г) гидроксида лития с оксидом углерода (IV); д) оксида натрия с водой. В уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель. а) калия с водой;
2К + 2Н2О = 2КОН + Н2↑
Схема окислительно-восстановительной реакции. К0 + Н2+1O → К+1ОН + Н20↑ K0 — 1е → K+1 |1|2|2 ― процесс окисления 2H+1 + 2e → H20 |2| |1 ― процесс восстановления Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы калия и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 1 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 1 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов калия и водорода. Множители 2 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элемент калий изменил степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы этого элемента в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений калия (K, KOH). Поскольку элемент водород изменил степень окисления не полностью (в правой части схемы имеется вещество КОН+1, в котором этот элемент имеет такую же степень окисления, как в исходной веществе), поэтому ставим коэффициент 1, который обычно не пишем, только перед формулой водорода. Подбираем коэффициенты для остальных соединений. В приведённой реакции калий — восстановитель, вода (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Читайте также:  Краска для металла цвет магнолия

б) натрия с серой; 2Na + S = Na2S

Схема окислительно-восстановительной реакции.Na0 + S0 → Na2+1S-2 Na0 — 1e → Na+1 |1|2|2 — процесс окисления S0 +2e → S-2 |2| |1 — процесс восстановленияПроводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы натрия и серы. Находим наименьшее общее кратное для чисел 1 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 1 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов натрия и серы. Множители 2 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку эти элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы серы в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 1, который обычно не пишем, перед формулой двух соединений серы (S, Na2S), а поскольку различным является индекс элемента натрия ― коэффициент 2, который относится к одному атому натрия, перед формулой натрия. В приведённой реакции натрий — восстановитель, сера — окислитель.

в) оксида цезия с соляной кислотой; Cs2O + 2HCl → 2CsCl + Н2O г) гидроксида лития с оксидом углерода (IV); 2LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O 2Li+ + 2OH- + CO2 ⟶ 2Li+ + CO32- + H2O CO2 + 2ОH- ⟶ CO32- + H2O

д) оксида натрия с водой. N2O + H2O = 2NaOH

В трёх склянках без этикеток находятся белые кристаллические порошки хлоридов калия, натрия и лития. Предложите способ распознавания этих веществ. Распознать эти вещества можно по цвету пламени, внеся их в пламя горелки, поскольку ионы лития (хлорид лития) окрашивают пламя в красный цвет, ионы натрия (хлорид натрия) — в жёлтый цвет, а ионы калия (хлорид калия) — в фиолетовый.

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: а) КОН → К → KCl → KNO3 → KNO2; 4KOH(распл.) → 4K + O2 + 2H2O (электролиз) 2K + 2HCl = 2KCl + H2↑ KCl + AgNO3 = KNO3 + AgCl↓ 2KNO3 = 2KNO2 + O2↑ (при t0)

б) Li → Li2O → LiOH → Li2SO4 → LiCl; 4Li + O2 = 2Li2O Li2O + H2O = 2LiOH 2LiOH + H2SO4 = Li2SO4 + 2H2O Li2SO4 + BaCl2 = 2LiCl + BaSO4↓

в) Na → NaOH → Na2CO3 → NaNO3 → NaNO2. 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2↑ 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑ (при t0)

Вместо многоточий впишите в уравнения реакций формулы веществ: а) Na2O + SO2 = Na2SO3 б) КОН + HNO3= KNO3 + H2O в) Li2SO4 + BaCl2 = 2LiCl + BaSO4↓ г) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Читайте также:  Круг отрезной по металлу для ушм 300х2 8х25 4 мм bosch 2608600542

В тесто добавили половину чайной ложки (2,1 г) питьевой соды. Какой объём углекислого газа (н.у.) выделится при полном разложении этого вещества? Дано: m(NaHCO3)=2,1 г Найти: V(CO2)—? Решение
1-й способ
1. Количество вещества питьевой соды массой 2,1 г рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.M(NaHCO3)=84 г/моль ʋ(NaHCO3)=m(NaHCO3)/M(NaHCO3)=2,1 г : 84 г/моль=0,025 моль 2. Составим химическое уравнение: 2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2↑По уравнению реакции количество вещества углекислого газа в 2 раза меньше, чем количество вещества питьевой соды, поэтому: ʋ(СО2)=ʋ(NaHCO3):2=0,025:2=0,0125 моль3. Объем углекислого газа количеством вещества 0,0125 моль рассчитываем по формуле: V=ʋ•VM, где VM=22,4 л/моль при н.у. V(CO2)=ʋ(CO2)•VM=0,0125 моль • 22,4 л/моль=0,28 л
2-й способ
1. Составим химическое уравнение: 2,1 г х л 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O 168 г 22,4 лНад формулами соединений NaHCO3 и CО2 записываем приведенную в условии задачи массу питьевой соды (2,1 г) и неизвестный объем углекислого газа (х л), а под формулами соединений ― массу и объем соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. Для этого вычисляем молярную массу (M=Mr г/моль) питьевой соды и, соответственно, массу 2 моль и объем 1 моль углекислого газа (при н.у. 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л). M(NaHCO3)=84 г/моль, масса 1 моль=84 г, а масса 2 моль=168 г 2. Объем углекислого газа рассчитываем с помощью пропорции:2,1 г / 168 г = х л / 22,4 л, отсюда по свойству пропорции имеем х л • 168 г = 2,1 г • 22,4 л, поэтому х=V(CO2)=2,1 г • 22,4 л : 168 г=0,28 л Ответ: 0,28 г углекислого газа

Другие задания смотри здесь…

Как хранить

Использование и хранение щелочных металлов требует строгого соблюдения особых правил. Необходимо создать условия, не допускающие их контакт с воздухом во избежание взрывов и пожаров.

Хранят металлы щелочной группы залитыми слоем обезвоженного керосина в стек­лянной или фарфоровой емкости, плотно закрытой корковой или пластиковой пробкой (не рекомендуют использовать притер­тые пробки). Стеклянные банки помещают в металлический ящик с песком, оборудованным специальными ячейками.

Чтобы убедиться в годности керосина для хранения в нем щелочных металлов, проводят качественный анализ на влажность. Для этого в пробирку с керосином вносят не­большую порцию металлического натрия. Наполнитель считается качественным, если не появились пузырьки газа (водорода). Процесс необходимо проводить под вытяжкой в лабораторных условиях.

Щелочноземельные металлы

Металлы главной подгруппы II группы в отличие от щелочных металлов имеют довольно разные свойства.

  1. Сколько электронов на внешнем уровне атомов этих металлов?
  2. Какой металл более активен: натрий или магний? Почему?

Эти металлы имеют на внешнем уровне по 2 электрона, следовательно, они менее активны, чем их «соседи» — щелочные металлы, так как на отрыв двух электронов нужно затратить больше энергии, чем на отрыв одного электрона.

Вопрос. Как изменяется активность металлов в подгруппе сверху вниз? Почему?

В этой подгруппе, как и у щелочных металлов, сверху вниз увеличивается сила оснований, т. е. способность диссоциировать в водных растворах на ионы. Кроме того, увеличивается заряд иона, а значит, усиливается притяжение группы ОН в гидроксиде металла: ионы Na+ и OH– притягиваются слабее, чем Са2+ и ОН–.

Поэтому первые два элемента этой подгруппы не образуют щелочей:

Кальций уже образует сильное основание — щёлочь, а стронцию и барию соответствуют ещё более сильные основания.

Запомните: Ca, Sr, Ba — щелочноземельные* металлы, так как их оксиды проявляют щелочные свойства.

* «Земли» — устаревшее название оксидов металлов, так как эти оксиды входят в состав земли (почвы).

Несмотря на эти различия, перечисленные элементы имеют много сходного в свойствах.

Вопрос. Какую валентность проявляют эти химические элементы в соединениях?

Главное сходство химических элементов главной подгруппы II группы заключается в том, что они проявляют в соединениях постоянную валентность II, так как на внешнем уровне имеют по два электрона, а на предвнешнем уровне нет незавершённых подуровней.

Читайте также:  Цинк цветной металл мосметаллс

Рассмотрим свойства химических элементов главной подгруппы II группы на примере кальция. Строение атома кальция изображается схемой:

Имея два валентных электрона: …4s2, кальций является активным металлом, поскольку оба электрона расположены на внешнем уровне. Его постоянная валентность равна двум:

Простое вещество «кальций» — довольно прочный, серебристо-белый умеренно твёрдый металл. Активно реагирует с кислородом, водородом, неметаллами, водой, растворами кислот:

Рассмотрим как происходит взаимодействие кальция с азотом:

Вопрос. Почему атом азота присоединяет три электрона?

Задание 9.6. Составьте уравнения реакций кальция с кислородом, хлором (Cl2), серой, водой, соляной кислотой.

Оксид кальция CaO (негашёная известь) очень активно реагирует с водой с выделением такого большого количества теплоты, что вода закипает:

Этот процесс называется «гашением извести», а систему называют «кипелкой».

Вопрос. С какими ещё веществами может реагировать оксид кальция?

Как основный оксид CaO реагирует с кислотными оксидами и с кислотами:

  • CaO + SO2 → СаSO3
  • CaO + НNO3 → … (закончить уравнение этой реакции).

Гидроксид кальция Са(ОН)2 (гашёная известь) проявляет все свойства щелочей.

Вопрос. С какими веществами могут реагировать щелочи? (При затруднении см. урок 2.3.)

Задание 9.7. Составить уравнения реакций:

Прозрачный раствор гидроксида кальция в воде называется известковой водой. Она мутнеет при пропускании через неё углекислого газа:

Этот эффект реакции считают качественным признаком того, что в данном растворе присутствуют ионы кальция. Убедиться в этом поможет также реакция с пламенем: все соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

Задание 9.8. Опишите по предложенной схеме свойства магния и его соединений.

Многие соединения кальция играют заметную роль в нашей жизни. Достаточно сказать, что фосфат кальция, карбонат кальция составляют основу костей, зубов. Без ионов кальция не может свертываться кровь. Без соединений кальция невозможно построить дом, так как известь (гашёная и негашёная) обеспечивает скрепление строительных блоков друг с другом:

Образование в результате этих реакций прочных нерастворимых карбонатов и силикатов кальция надёжно скрепляет стены. Аналогичные реакции происходят при схватывании цемента.

Оксид кальция в больших количествах получают обжигом известняка:

Карбонат кальция СаСО3 составляет основу мела, мрамора, известняка. Из него состоят целые горы и пласты земной коры. Под действием воды и углекислого газа из воздуха карбонат кальция переходит в водорастворимое состояние — гидрокарбонат кальция:

Аналогичные процессы происходят и с карбонатами магния. В результате этих и других процессов в природной воде появляются ионы кальция и магния.

Вода, содержащая ионы кальция и магния, называется ЖЁСТКОЙ.

Этот термин возник из-за того, что некоторые овощи и плоды под действием такой воды становятся жёсткими: ионы кальция и магния вступают в реакцию с органическими компонентами плодов и овощей.

Чаще всего жёсткая вода приносит неприятности: долго развариваются продукты, плохо моет мыло (см. урок 24.4), на стенках котлов и труб появляется слой накипи, что может привести к авариям:

Накипь, конечно, можно растворить при помощи соляной кислоты:

Задание 9.10. Можно ли растворить накипь при помощи серной, азотной, фосфорной кислот? Ответ подтвердите ионно-молекулярными уравнениями реакций.

Но лучше всего в случаях, когда жёсткость воды повышена, а это нежелательно, умягчать воду. Для этого ионы кальция и магния нужно перевести в нерастворимое состояние.

Вопрос. Умягчается ли вода при кипячении?

Частично вода умягчается при кипячении, так как при этом растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты. Но некоторые соли кальция и магния (сульфаты, хлориды) при нагревании не изменяются. В этом случае в воду добавляют вещества, образующие с ионами кальция и магния осадки.

Задание 9.11. Какие из солей: кальцинированная сода, фосфат натрия, поваренная соль — устраняют жёсткость воды? Ответ подтвердить ионными уравнениями реакций, считая, что в состав воды входит сульфат кальция.

Чаще всего для умягчения воды используют кальцинированную соду Na2CO3:

Кальцинированная сода входит в состав стиральных порошков, которые также содержат и фосфаты. Эти вещества «автоматически» смягчают воду при стирке.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector