Взаимодействие щелочных металлов с водой
Щелочные металлы: литий, натрий, калий — очень активны. На воздухе они реагируют с кислородом и водяными парами, поэтому их хранят под слоем керосина. Литий — самый легкий из всех металлов, он легче керосина. Извлечем кусочек лития из керосина, очистим его. Литий достаточно твердый по сравнению с другими щелочными металлами и с трудом режется ножом. Поместим кусочек лития в чашку Петри, наполненную водой. Литий энергично реагирует с водой с выделением водорода и образованием щелочи — гидроксида лития. При добавлении капли раствора фенолфталеина в чашку Петри появляется малиновая окраска. Натрий — более мягкий металл, легко режется ножом. Срез натрия — серебристо-белый, быстро тускнеет на воздухе. Кусочек натрия помещаем на поверхность воды. Попадая в воду, натрий плавится и начинает быстро двигаться по поверхности воды, подгоняемый пузырьками выделяющегося водорода. Кусочек натрия уменьшается на глазах. В процессе реакции также образуется щелочь — гидроксид натрия. С калием нужно обращаться очень осторожно. На воздухе он может самовозгораться. Кусочек калия поместим в чашку Петри с водой. Калий так энергично реагирует с водой, что выделяющийся в реакции водород загорается. В целях безопасности чашку Петри следует накрыть стеклянной пластинкой. Из трех щелочных металлов наиболее активным является калий.
2 Li + 2 H2O = 2 LiOH + H2
2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2
2 K + 2 H2O = 2 KOH + H2
Оборудование: чашки Петри, фильтровальная бумага, пинцет, скальпель.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы со щелочными металлами. Кусочки металлов, используемых в опыте, не должны быть больше рисового зерна.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Горение кальция на воздухе
Кальций — серебристо-белый очень твердый металл. Ввиду высокой химической активности его хранят под слоем керосина. Для того чтобы поджечь кальций на воздухе, нужна очень высокая температура. В присутствии кислорода кальций загорается при более низких температурах. Извлечем кальций из керосина, промокнем керосин фильтровальной бумагой. Опустим кусочек кальция в расплавленный нитрат калия. Как известно, нитрат калия при нагревании разлагается с выделением кислорода:
2КNO3= 2KNO2 + O2
Внесем кальций вместе с небольшим количеством нитрата калия в пламя горелки. Кальций загорается кирпично-красным пламенем. Основным продуктом горения кальция на воздухе является оксид кальция:
2Са + О2 = 2СаО
Оборудование: тигельные щипцы, горелка, шпатель.
Техника безопасности. Соблюдать правила пожарной безопасности. На рабочем столе поместить теплоизолирующую прокладку.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Жесткость воды
Жесткость воды обусловлена ионами кальция и магния. Природная вода всегда содержит соли магния и кальция. Сравним свойства жесткой и свободной от солей дистиллированной воды. В колбы с жесткой и дистиллированной водой добавим мыльный раствор. Закроем колбы и взболтаем их. В колбе с дистиллированной водой образуется обильная пена. В колбе с жесткой водой появились нерастворимые в воде соединения кальция и магния. Вот поэтому в жесткой воде мыло не мылится.
С17H35COONa → C17H35 COO— + Na+
2 C17H35 COO— + Ca2+ = (C17H35 COO)2Ca↓
2 C17H35 COO— + Mg2+ = (C17H35 COO)2Mg↓
Оборудование: колбы, химические стаканы, пипетка.
Техника безопасности. Опыт безопасен.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Приготовление жидкого сплава натрия и калия
Свойства сплавов отличаются от свойств исходных металлов. При комнатной температуре натрий и калий – твердые вещества. Температура плавления натрия 97,8 °С, температура плавления калия 63, 5 °С. Сейчас вы увидите, что сплав натрия и калия при комнатной температуре – жидкость.Сплав получается при плотном контакте натрия и калия. Из-за высокой активности металлов действие происходит в стакане с керосином. Прижмем кусочки металлов друг к другу и слегка потрем. На дно стакана падают капли жидкого сплава. Мы увидели, что температура плавления сплава оказалась ниже температуры плавления исходных металлов.
Оборудование: пинцет, скальпель, стакан химический, фильтровальная бумага.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы со щелочными металлами.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Самовозгорание цезия на воздухе
Цезий – чрезвычайно активный щелочной металл. Он имеет серебристо-белый цвет, при обычной температуре вязкую, пастообразную консистенцию. Температура плавления цезия 28,7 °С. Из за высокой активности металл хранят в запаянных стеклянных ампулах. Цезий реагирует с водой со взрывом. На воздухе цезий мгновенно воспламеняется. Если раздавить ампулу цезия, то мы увидим легкий дымок. Соприкоснувшись с кислородом воздуха цезий сгорел. При сгорании цезия образуются не оксиды, а пероксиды и надпероксиды цезия.
2Сs + O2 = Cs2O2
Сs + O2 = CsO2
Оборудование: щипцы, огнезащитная прокладка.
Техника безопасности. При разбивании ампулы с цезием использовать защитный экран, работать только в защитных очках.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Способы устранения жесткости воды
В природной воде растворены соли кальция и магния. Это гидрокарбонаты и сульфаты. Покажем два способа осаждения гидрокарбонатов для уменьшения жесткости воды. Первый способ – кипячение. При кипячении* растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, и жесткость воды уменьшается.
Сa(HCO3)2 = CaCO3 ↓ + H2O + CO2↑
Второй способ – добавление известковой воды. При добавлении известковой воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты и вода становится более мягкой.
Сa(HCO3)2+ Ca(OH)2 = CaCO3 ↓ +2 H2O
Но жесткость воды зависит еще и от сульфатов кальция и магния. Сульфаты кальция и магния можно удалить с помощью карбоната натрия. При добавлении карбоната натрия сульфаты переходят в нерастворимые карбонаты кальция и магния.
CaSO4 + Na2CO3= CaCO3 ↓+ Na2SO4
Теперь мы знаем, как уменьшить жесткость воды. Накипь внутри чайника ‑ это осадок карбонатов кальция и магния с примесью сульфата кальция. Накипь можно удалить со стенок, используя разбавленный раствор уксусной кислоты.
Оборудование: пробирки, штатив для пробирок, химические стаканы, пипетка, спиртовка, шпатель, держатель для пробирок.
Техника безопасности.
Требуется соблюдение правил обращения с нагревательными приборами.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.