Номер 1, страница 157 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 33. Кальций и его соединения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 1, страница 157.

Условие.

1. Сравните физические и химические свойства магния и кальция. Напишите сходство и различия.

Решение.

Решение 2.

Магний ($Mg$) и кальций ($Ca$) — химические элементы, расположенные во второй группе главной подгруппы периодической системы. Оба относятся к щелочноземельным металлам, что определяет сходство их свойств. Однако, находясь в разных периодах (магний в третьем, кальций в четвертом), они имеют и существенные различия, обусловленные увеличением атомного радиуса и усилением металлических свойств при движении вниз по группе.

Физические свойства

И магний, и кальций в обычных условиях являются твердыми, ковкими, пластичными металлами серебристо-белого цвета с характерным металлическим блеском. При этом они различаются по физическим константам. Кальций является менее плотным ($1.55 \text{ г/см}^3$ против $1.74 \text{ г/см}^3$ у магния) и менее твердым металлом (твердость по Моосу 1.75 против 2.5 у магния). Температуры плавления и кипения у кальция выше ($T_{пл} = 842^\circ C$, $T_{кип} = 1484^\circ C$), чем у магния ($T_{пл} = 650^\circ C$, $T_{кип} = 1090^\circ C$).

Химические свойства

Оба металла являются химически активными и сильными восстановителями, так как легко отдают два валентных электрона с внешнего энергетического уровня, образуя устойчивые катионы $Mg^{2+}$ и $Ca^{2+}$. Химическая активность возрастает в группе сверху вниз, поэтому кальций является более активным металлом, чем магний.

Взаимодействие с простыми веществами:

Оба металла горят на воздухе. Магний горит ослепительно-белым пламенем, образуя оксид $MgO$ и частично нитрид $Mg_3N_2$. Кальций горит при нагревании, придавая пламени кирпично-красный цвет, и также образует оксид $CaO$ и нитрид $Ca_3N_2$.

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$

Они также активно реагируют при нагревании с галогенами, серой и другими неметаллами.

Взаимодействие со сложными веществами:

Ключевое различие наблюдается в реакции с водой. Кальций энергично реагирует с холодной водой, а магний — очень медленно из-за образования на его поверхности защитной пленки малорастворимого гидроксида $Mg(OH)_2$. Реакция магния заметно ускоряется только в кипящей воде.

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

$Mg + 2H_2O \xrightarrow{t^\circ} Mg(OH)_2 \downarrow + H_2 \uparrow$

Оба металла бурно реагируют с растворами кислот (кроме пассивирующих), вытесняя водород.

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

Оксиды ($MgO, CaO$) и гидроксиды ($Mg(OH)_2, Ca(OH)_2$) обоих металлов проявляют основные свойства, которые у соединений кальция выражены сильнее. $Ca(OH)_2$ — более сильное и растворимое основание (щелочь), чем $Mg(OH)_2$.

Сходства

1. Принадлежность к одной группе и подгруппе периодической системы (IIA группа, щелочноземельные металлы).

2. Одинаковое строение внешнего электронного слоя атома (два $s$-электрона).

3. Проявление в соединениях постоянной степени окисления +2.

4. Являются сильными восстановителями.

5. Схожие физические свойства: серебристо-белый цвет, металлический блеск, пластичность.

6. Вступают в реакции с кислотами, неметаллами, водой (с разной активностью).

7. Образуют оксиды и гидроксиды основного характера.

Различия

1. Положение в разных периодах (Mg в 3-м, Ca в 4-м), что обуславливает больший атомный радиус и более выраженные металлические свойства у кальция.

2. Химическая активность: кальций значительно активнее магния.

3. Разные физические свойства: магний плотнее и тверже, но у кальция выше температуры плавления и кипения.

4. Отношение к воде: кальций энергично реагирует с холодной водой, а магний — практически только с горячей.

5. Цвет пламени при горении: магний горит ослепительно-белым пламенем, а кальций и его соли придают пламени кирпично-красный цвет.

6. Свойства гидроксидов: гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ является более сильным и лучше растворимым в воде основанием, чем гидроксид магния $Mg(OH)_2$.

Ответ: Магний и кальций, как элементы одной подгруппы, имеют схожее строение атомов и проявляют сходные химические свойства: они являются активными металлами-восстановителями со степенью окисления +2, образуют основные оксиды и гидроксиды. Основные различия обусловлены их положением в разных периодах: кальций имеет больший атомный радиус, он химически активнее магния (например, энергично реагирует с холодной водой, в отличие от магния), а его соединения проявляют более сильные основные свойства. Также они различаются по физическим свойствам (плотности, твердости, температурам плавления) и цвету пламени при горении.