Номер 3, страница 381 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 52. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - номер 3, страница 381.

Условие.

3. Охарактеризуйте способы получения, свойства и области применения оксидов металлов IIA-группы.

Решение.

Решение 2.

Способы получения

Оксиды металлов IIA-группы (щелочноземельных металлов, обозначим металл как M) получают несколькими основными способами:

• Прямое взаимодействие металла с кислородом (горение). Реакция протекает при нагревании. Для большинства металлов группы (Mg, Ca, Sr, Ba) образуется оксид состава MO.
  $2M + O_2 \xrightarrow{t} 2MO$
  Например, получение оксида магния:
  $2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$
  Для бария при горении на воздухе преимущественно образуется пероксид $BaO_2$, из которого оксид получают последующим разложением при сильном нагревании.
• Термическое разложение кислородсодержащих солей и гидроксидов. Этот метод широко используется в промышленности, особенно для получения оксида кальция.
  • Разложение карбонатов (наиболее важный промышленный способ):
    $MCO_3 \xrightarrow{t} MO + CO_2\uparrow$
    Пример: обжиг известняка для получения негашеной извести:
    $CaCO_3 \xrightarrow{900-1200^{\circ}C} CaO + CO_2\uparrow$
  • Разложение гидроксидов:
    $M(OH)_2 \xrightarrow{t} MO + H_2O$
    Пример:
    $Mg(OH)_2 \xrightarrow{t} MgO + H_2O$
  • Разложение нитратов:
    $2M(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2MO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$
    Пример:
    $2Ca(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CaO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$

Ответ: Оксиды металлов IIA-группы получают в основном путем сжигания металлов в кислороде, а также термическим разложением их гидроксидов, карбонатов и нитратов.

Свойства

Свойства оксидов металлов IIA-группы изменяются закономерно с ростом порядкового номера элемента.

Физические свойства:

• Все оксиды ($\text{MO}$) — твердые тугоплавкие вещества белого цвета.
• Имеют высокие температуры плавления, что обусловлено прочной ионной кристаллической решеткой (у BeO связь имеет значительную долю ковалентности). Температура плавления в ряду MgO – BaO в целом уменьшается.

Химические свойства:

• Характер оксидов: С увеличением радиуса атома металла основные свойства оксидов усиливаются.
  • $BeO$ – амфотерный оксид. Реагирует как с кислотами, так и со щелочами.
    С кислотой: $BeO + 2HCl \rightarrow BeCl_2 + H_2O$
    Со щелочью (сплавление): $BeO + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2BeO_2 + H_2O$
  • $MgO$ – основный оксид со слабо выраженными амфотерными свойствами.
  • $CaO$, $SrO$, $BaO$ – типичные основные (щелочные) оксиды.
• Взаимодействие с водой: Активность реакции возрастает от MgO к BaO.
  • $BeO$ с водой не реагирует.
  • $MgO$ очень медленно реагирует с водой.
  • $CaO$, $SrO$, $BaO$ энергично реагируют с водой с образованием соответствующих гидроксидов (щелочей). Реакции экзотермические.
    $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + Q$ (процесс гашения извести)
• Взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами: Все оксиды реагируют с кислотами, а основные оксиды – и с кислотными оксидами, образуя соли.
  С кислотой: $MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$
  С кислотным оксидом: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$
  При высоких температурах: $CaO + SiO_2 \xrightarrow{t} CaSiO_3$

Ответ: Оксиды металлов IIA-группы — твердые тугоплавкие вещества. Их химические свойства изменяются от амфотерных (BeO) до ярко выраженных основных (CaO, SrO, BaO), что проявляется в их реакциях с водой, кислотами и кислотными оксидами. Основность оксидов возрастает сверху вниз по группе.

Области применения

Применение оксидов металлов IIA-группы обусловлено их свойствами.

• Оксид бериллия ($BeO$): Используется в ядерной технике как замедлитель и отражатель нейтронов, в электронике и ракетной технике как тугоплавкий и теплопроводный изоляционный материал (керамика).
• Оксид магния ($MgO$): Основное применение – производство огнеупорных материалов (например, кирпичей для футеровки металлургических печей). Также используется в медицине (как антацидное средство), в качестве пищевой добавки и компонента кормов для животных.
• Оксид кальция ($CaO$): Негашеная известь, один из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Применяется в строительстве (производство цемента, силикатного кирпича, извести), в металлургии (в качестве флюса), в химической промышленности (для получения соды, хлорной извести), в сельском хозяйстве (для известкования почв), для очистки дымовых газов от $SO_2$.
• Оксид стронция ($SrO$) и оксид бария ($BaO$): Применяются в производстве специальных видов стекла (оптическое стекло, кинескопы старых телевизоров для поглощения рентгеновского излучения), керамики, эмалей. Оксид бария также используется как компонент катодов в электронно-лучевых трубках.

Ответ: Области применения оксидов металлов IIA-группы разнообразны: от производства огнеупоров (MgO) и строительных материалов (CaO) до использования в ядерной технике (BeO) и электронике (BeO, SrO, BaO). Их применение определяется уникальными физическими (тугоплавкость, теплопроводность) и химическими (основность) свойствами.