Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
У цьому досліді представлено особливості лужноземельних металів кальцію та магнію. Вирішальну роль при цьому відіграє насамперед їхня висока реакційна здатність.
Щоб довести цю реакційну здатність, виявляють виділення водню та утворення гідроксидів. Додатково спостерігають за гідроксидом кальцію під час випалювання.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні та студенти вже мають знати з теорії особливості магнію й кальцію під час реакції з водою.
Принцип
У дослідах із групи лужноземельних металів представлено кальцій і магній з їхньою високою реакційною здатністю. Наведені досліди показують реакцію з водою з утворенням гідроксидів.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні та студенти досліджують особливості магнію й кальцію під час реакції з водою.
Завдання
Учні та студенти виявляють виділення водню та утворення гідроксидів під час реакції з водою і проводять кількісний розклад гідроксиду кальцію випалюванням.
Правила безпеки
- Одягніть рукавички та захисні окуляри!
- Якщо в досліді 2 ("гасіння") долити до щойно випаленого оксиду кальцію замало води, температура може піднятися так високо, що раптове бурхливе утворення пари викине кашку (= їдке вапно!) з лабораторного стакана. Це може призвести до нещасних випадків, як-от травм очей. Тому під час експериментування завжди слід бути в захисних окулярах.
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, зважайте на відповідні паспорти безпеки.
- Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
До лужноземельних металів, окрім представлених тут магнію й кальцію, належать також берилій, стронцій, барій і радій. Вони утворюють другу головну підгрупу періодичної системи елементів.
Назва «лужноземельні метали» походить від того, що в періодичній системі вони розташовані між лужними металами та землистими металами.
Характерною для використаних у цьому досліді лужноземельних металів кальцію й магнію є їхня реакція з водою з утворенням водню та гідроксидів. Цей водень можна виявити, зокрема, за допомогою так званої проби на гримучий газ.
Обладнання
Складання та виконання
Складання та виконання (1/4)
Завдання 1
- Два лабораторні стакани (600 мл, висока форма) наповнюють чистою водою. Додатково наповнюють водою по вінця дві пробірки й ставлять їх напоготові у штатив для пробірок.
- У воду одного лабораторного стакана насипають 1 ложку магнієвого порошку, коротко перемішують скляною паличкою й чекають, доки магнієвий порошок осяде невеликим конусом над серединою дна стакана.
- Потім невелику скляну воронку ставлять перевернутою в лабораторний стакан над магнієвим порошком, як на рис. a (праворуч), і надівають на трубку воронки одну з наповнених водою пробірок.
Схема досліду до завдання 1
Складання та виконання (2/4)
- При цьому слідкують, щоб у пробірку не потрапили бульбашки повітря. Це вдається лише тоді, коли воронка повністю занурена у воду.
- У воду другого лабораторного стакана кладуть 3-4 гранули кальцію, швидко ставлять і над ними воронку й так само надівають зверху наповнену водою пробірку.
- Щойно пробірка над кальцієм наповниться газом, її закривають великим пальцем ще під водою й підносять отвором до газового полум'я (= проба на гримучий газ).
- Утворені внаслідок реакції розчини в лабораторних стаканах досліджують так:
- З обох розчинів беруть по невеликій пробі в лабораторний стакан і додають кілька крапель розчину фенолфталеїну.
- У другу пробу кальцієвого розчину вдувають скляною трубкою видихуване повітря (або вуглекислий газ із балона з вуглекислим газом).
Складання та виконання (3/4)
Завдання 2:
- У тугоплавку пробірку насипають близько 5 г сухого гідроксиду кальцію. Точну масу засипаного гідроксиду визначають зважуванням порожньої та наповненої пробірки.
- Потім гідроксид кальцію в закріпленій горизонтально пробірці, як на рисунку праворуч, нагрівають потужним гарячим газовим полум'ям (щонайменше пальником Теклю, краще - бутановою паяльною лампою) близько 10 хвилин (= випалюють; температура при цьому має сягати значень понад 450°C).
Схема досліду до завдання 2
Складання та виконання (4/4)
- За допомогою смужки кобальт-хлоридного паперу рідину ідентифікують як воду. Воду повністю виганяють із пробірки. Після охолодження пробірку з білим твердим залишком зважують повторно.
- За знайденими значеннями обчислюють утрату маси, спричинену випалюванням (унаслідок відщеплення води).
- Одержаний у досліді оксид кальцію переносять у невеликий лабораторний стакан і з промивалки швидко додають стільки води, щоб під час перемішування термометром (рисунок праворуч) утворилася рідка кашка.
Має утворитися рідка кашка
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/8)
Спостереження та опрацювання результатів
Завдання 1: З воронок у пробірки піднімаються бульбашки газу. Газ утворюється внаслідок реакції металів із водою. Кальцій реагує дуже швидко, тож і надіта зверху пробірка наповнюється газом відповідно швидко. Магній натомість реагує лише дуже повільно, тож за годину назбирується лише кілька мілілітрів газу. Нагріванням швидкість реакції магнію можна дещо збільшити, але й тоді вона лишається значно нижчою за швидкість реакції кальцію.
Газ горить майже невидимим полум'ям. Це чистий водень. Якщо й над магнієм назбиралося достатньо газу (вистачить приблизно 5 мл), із ним теж проводять пробу на гримучий газ. Цей газ теж виявляється воднем.
Під час реакції з фенолфталеїном щоразу відбувається зміна кольору на червоний, тобто розчини мають лужну реакцію. Під час вдування видихуваного повітря утворюється осад, точно як при виявленні CO2 вапняною водою.
Опрацювання результатів (2/8)
Спостереження та опрацювання результатів
Магній і кальцій (як представники лужноземельних металів) реагують з водою з утворенням водню та гідроксидів.
або:
Унаслідок дисоціації води утворюються іони водню та гідроксид-іони. Іони водню потім реагують далі з металами з утворенням іонів металів і водню.
Опрацювання результатів (3/8)
Спостереження та опрацювання результатів
Отже, у розчині лишаються двічі позитивно заряджені іони металів і гідроксид-іони, які під час випарювання розчинів утворили б тверді гідроксиди. Гідроксид магнію розчинний у воді вкрай мало (0,00089 г на 100 г води). Гідроксид кальцію розчинний помірно (0,1638 г на 100 г води).
Опрацювання результатів (4/8)
Спостереження та опрацювання результатів
Завдання 2: Виділяється безбарвна рідина, яка конденсується краплями на ще холодній ділянці пробірки.
Приклад:
Наважка: 5,04 г
Маса залишку: 3,83 г
Утрата маси: 5,04 г - 3,83 г = 1,21 г (вода)
Визначені так масові співвідношення вихідної речовини до кінцевої речовини та до втрати маси, тобто 5,04 : 3,83 : 1,21, відповідають (з незначними відхиленнями) молярним масовим співвідношенням гідроксиду кальцію до оксиду кальцію та до води, тобто 74,1 : 56,08 : 18.
Опрацювання результатів (5/8)
Спостереження та опрацювання результатів
Завдання 2: Отже, унаслідок випалювання гідроксид кальцію кількісно переходить в оксид кальцію:
Спостерігається значне підвищення температури внаслідок зворотного утворення гідроксиду кальцію.
Опрацювання результатів (6/8)
Питання
Опрацювання результатів (7/8)
Перетягни слова у правильні поля! Магній і кальцій (як представники ____) реагують з водою з утворенням водню та ____. Отже, у розчині лишаються двічі позитивно заряджені ____ і гідроксид-іони, які під час випарювання розчинів утворили б тверді гідроксиди. Гідроксид магнію розчинний у воді вкрай мало (0,00089 г на 100 г води). Гідроксид кальцію розчинний ____ (0,1638 г на 100 г води).
Опрацювання результатів (8/8)
Питання