Группа IA и IIА

Опыт №2

2.1. Взаимодействие оксидов и солей щелочных и щелочноземельных металлов с соляной кислотой

Металлы IA и IIA группы относятся к s-семейству.

Гидрокарбонат натрия NaHCO₃ используют при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью - ацидозом (диабет и др.). Механизм снижения кислотности заключается во взаимодействии NaHCO₃ с кислыми продуктами. При этом образуются натриевые соли органических кислот, которые в значительной мере выводятся с мочой, и углекислый газ, покидающий организм с выдыхаемым воздухом:

NaHCO₃(р) + RCOOH(р) ® RCOONa(р) + Н₂О(ж) + СО₂(г)

Используют NaHCO₃ и при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При приеме NaHCO₃ протекает реакция нейтрализации избыточной соляной кислоты:

NaHCO₃(р) + HCl(р) = NaCl(р) + Н₂О(ж) + СО₂(г)

желудоч. сок

Следует иметь в виду, что применение NaHCO₃ вызывает ряд побочных эффектов. Выделяющийся при реакции диоксид углерода раздражает рецепторы слизистой оболочки желудка и вызывает вторичное усиление секреции, кроме того, он может способствовать перфорации стенки желудка при язвенной болезни. Слишком большая доза NaHCO₃ в результате гидролиза приводит к алкалозу, что не менее вредно, чем ацидоз.

Среди оксидов элементов IIА-группы в качестве лекарственного препарата применяют оксид магния MgO. Основные свойства оксида магния и его нерастворимость в воде обуславливают его применение в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока:

MgO(тв.) + 2HCl(желудоч. сок) = MgCl₂(р) + Н₂О(ж)

Оксид магния имеет преимущество перед гидрокарбонатом натрия, так как при взаимодействии MgO с кислотой желудочного сока не происходит выделение диоксида углерода. Поэтому при действии оксида магния не наблюдается гиперсекреции. Образующийся при реакции хлорид магния переходит в кишечник, оказывает легкий послабляющий эффект, обусловленный осмотическим действием.

Антацидным и адсорбирующим действием обладает карбонат кальция СаСО₃. Его назначают внутрь при повышенной кислотности желудка, так как он нейтрализует соляную кислоту:

СаСО₃(тв.) + 2HCl (желудоч. сок) = CaCl₂(р) + Н₂О(ж) + СО₂(г).

Выполнение опыта

Испытайте отношение к раствору HCl следующих веществ NaHCO₃, MgO, CaCO₃. Поместите в три пробирки небольшие количества перечисленных веществ. Прилейте раствор соляной кислоты. Объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнения реакций в молекулярной, ионной и сокращенной ионной форме.

2.2. Определение временной (гидрокарбонатной) жесткости воды

Растворимые соли Са и Mg обуславливают важное свойство природной воды, называемое жесткостью. Определение жесткости воды имеет большое практическое значение и широкое применение в лабораторной практике различных производств. При стирке белья жесткая вода ухудшает качество тканей и требует повышенной затраты мыла, которое расходуется на связывание катионов Са²⁺ и Mg²⁺:

2С₁₇Н₃₅СОО^– + Са²⁺ = (С₁₇Н₃₅СОО)₂Са¯

2С₁₇Н₃₅СОО^– + Mg²⁺ = (С₁₇Н₃₅СОО)₂Mg¯.

Пена образуется лишь после полного осаждения этих катионов. Правда, некоторые синтетические моющие средства хорошо моют и в жесткой воде, так как их кальциевые и магниевые соли легко растворяются. В жесткой воде плохо развариваются овощи. Очень плохо заваривается чай, и вкус его теряется. В то же время в санитарно-гигиеническом отношении эти катионы не представляют опасности, хотя при большом содержании катионов магния Mg²⁺ (как в море или океане) вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие на кишечник человека. Однако использование жесткой воды в качестве питьевой способствует возникновению мочекаменной и желчекаменной болезней (образованию камней).

Различают жесткость временную (или устранимую) и постоянную. Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов Ca(HCO₃)₂, реже Mg(HCO₃)₂ и иногда Fe(HCO₃)₂. Постоянная жесткость обусловлена присутствием других растворимых солей этих металлов (хлоридов, сульфатов и др.).

При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок, и жесткость уменьшается.

Ca(HCO₃)₂ ® CaCO₃¯ + H₂O + CO₂­

Ca²⁺ + 2HCO₃^- ® CaCO₃¯ + H₂O + CO₂­

2Mg(HCO₃)₂ ® (MgOH)₂CO₃¯ + H₂O + 3CO₂­

2Mg²⁺ + 2HCO₃^2- ® (MgOH)₂CO₃¯ + H₂O + 3CO₂­.

Сохраняющаяся после кипячения воды жесткость, называется постоянной (некарбонатной).

В соответствии с ГОСТ 6055-86 по значению общей жесткости (ммоль/л) различают воду: очень мягкую <1,5, мягкую 1,5–3,0, средней жесткости 3,0–6,0, жесткую 6,0–9,0, очень жесткую > 9,0.

Жесткость воды хозяйственно-питьевых водопроводов не должна превышать 7 ммоль/л.

Для определения жесткости воды применяют титриметрический метод (см. лабораторную работу №1).

В данном опыте методом кислотно-основного титрования (метод нейтрализации) определяется временная (гидрокарбонатная) жесткость воды. Гидрокарбонаты кальция и магния титруют соляной кислотой в присутствии индикатора.

Ca(HCO₃)₂ + 2НCl ® CaCl₂ + 2H₂O +2CO₂

HCO₃^– + Н⁺ ® H₂O +CO₂

Выполнение опыта

1. Пипеткой отбирают 100 мл анализируемой воды, переносят в коническую колбу для титрования.

2. Добавляют 3-4 капли метилового оранжевого.

3. Титруют стандартным 0,1 н раствором соляной кислоты до перехода окраски из желтой в бледно-розовую.

Титрование проводят 2-3 раза, разница между параллельными результатами не должна превышать 0,1 мл. Вычисляют средний объем кислоты и рассчитывают временную жесткость воды по формуле:

где Ж(Н₂О) – жесткость воды, ммоль/л

С(HCl) – нормальная концентрация раствора, моль/л

V(HCl) – объем кислоты, пошедшей на титрование, мл

V_a - объем воды, взятый на титрование, мл.

Множитель 1000 учитывает перевод моль в ммоль (1 моль = 1000 ммоль).

Приведите необходимые расчеты и сделайте вывод о жесткости исследуемой воды.