Примеры решения задач
Применение бериллия, магния и щелочно-земельных металлов и их соединений
Обнаружение щелочно-земельных металлов
Щелочно-земельные металлы и их соединения можно обнаружить по характерной окраске пламени: кальций окрашивает пламя в кирпично-красный цвет; стронций – в карминово-красный; барий – в желто-зеленый (яблочный).
Бериллий и сплавы на его основе используются в самолето- и ракетостроении, ядерной энергетике и при производстве рентгеновских трубок.
Оксид бериллия применяется в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей и специальной керамики, входит в состав стеклообразующих смесей.
Магнийалюминевые сплавы (магналий, электрон) используются для изготовления деталей в самолето- и автомобилестроении.
Оксид магния применяется в сигнальных ракетах, в производстве магния, при производстве резины, для очистки нефтепродуктов, в производстве строительных и огнеупорных материалов, используется в медицине.
Горькая соль – гептагидрат сульфата магния – применяется в медицине.
Кальций служит восстановителей в металлотермии, раскислителем при выплавке стали.
Оксид и гидроксид кальция широко используются в строительстве, металлургии, при производстве стекла, сахара, бумаги и др.
Фторид кальция служит сырьем для получения плавиковой кислоты и фтора.
Стронций используется в качестве легирующей добавки при производстве сталей.
Оксид стронция применяется для поглощения рентгеновского излучения, стекла на его основе идут на производство кинескопов.
Барий используется в качестве газопоглотителя в вакуумных трубках.
Сульфат бария применяется в качестве белого пигмента, используется в медицине.
Задача 1. Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: Ca 
Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 CaCO3 CaO Ca.
Решение:
При взаимодействии кальция с водой образуется гидроксид кальция и выделяется водород:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется гидрокарбонат кальция:
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2.
Карбонат кальция образуется при взаимодействии гидрокарбоната с гидроксидом кальция:
Ca(HСО3)2 + Cа(OН)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
В результате термического разложения карбоната кальция образуется оксид:
CaCO3 = CaO + CO2.
При алюмотермическом восстановлении оксида получится металлический кальций:
4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4.
Задача 2. Для растворения смеси оксида и карбоната магния потребовалось 400 мл 2 моль/л раствора соляной кислоты. В результате взаимодействия выделилось 6,72 л газа. Определите массы веществ в смеси.
Дано:
V (р-ра HCl) = 400 мл
CM = 2 моль/л
V (газа) = 6,72 л
М (MgO) = 40 г/моль
М (MgСO3) = 84 г/моль
Найти:
m (MgО)
m (MgCO3)
Решение:
Запишем уравнения реакций взаимодействия компонентов смеси с соляной кислотой:
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O, (1)
MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + H2O. (2)
Газ выделяется только в реакции (2), при взаимодействии карбоната магния и кислоты. Вычислим количество образовавшегося газа и определим количество карбоната магния:
(моль),
по уравнению реакции (2) 1 моль газа образуется из 1 моль карбоната магния, следовательно, 0,3 моль газа образуется из 0,3 моль карбоната магния. Масса карбоната магния равна:
m (MgCO3) = n · M = 0,3 · 84 = 25,2 (г).
Определить количество оксида магния в смеси можно, зная количество соляной кислоты, пошедшей на реакцию (1). Вычислим общее количество соляной кислоты. По определению молярной концентрации:
, тогда:
n (HCl) = CM · V(р-ра) = 2 · 0,4 = 0,8 (моль).
По уравнению реакции (2) 1 моль карбоната магния соответствует 2 моль соляной кислоты, в смеси имеется 0,3 моль карбоната, следовательно, на его растворение израсходовано 0,6 моль кислоты. Оставшаяся кислота реагирует с оксидом магния. Вычислим количество кислоты, пошедшей на реакцию (1):
n1 (HCl) = n (HCl) – n2 (HCl) = 0,8 – 0,6 = 0,2 (моль),
то есть во взаимодействие с оксидом вступает 0,2 моль кислоты. По уравнению реакции (1) 1 моль оксида магния соответствует 2 моль кислоты, следовательно, 0,2 моль кислоты реагирует с 0,1 моль оксида. Масса оксида равна:
m (MgO) = n · M = 0,1 · 40 = 4 (г).
Ответ: m (MgО) = 4 г; m (MgCO3) = 25,2 г.