Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы. Кальций и магний, жесткость воды

Преподаватель: Бейсембина Р.Н.

Тема: Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы. Кальций и магний, жесткость воды.

«Мощь и сила науки – во множестве фактов, цель – в обобщении этого множества»
Д. И. Менделеев

Цель урока: Познакомиться с важнейшими соединениями Ca и Mg, нахождением их в природе, их применением, влиянием ионов этих металлов на качества воды.
Задачи: 

Образовательные:

Сформировать знания и умения давать характеристику химических элементов по их положению в ПСХЭ, умения работать с текстом, выделять существенные признаки и свойства объектов, классифицировать факты, анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы; изучить химические свойства щелочноземельных металлов;

Воспитательные: 
показать значимость химических знаний для современного наукоемкого производства и успешной адаптации будущих специалистов в современном обществе. 

Развивающие: 

развить познавательный интерес, коммуникативные качества, умения действовать самостоятельно, продолжить формирование химического языка. 

позволяют сохранить здоровье учащихся, сформировать их здоровьеориентированное сознание.

Формы работы - индивидуальная, групповая, самостоятельная работа с источниками информации.
Оборудование: 
коллекции соединений кальция,магния, интерактивная доска.

Орг.момент (1мин)

План урока

1. Опрос домашнего задания.(тест 3мин)

2. Актуализация знаний. Сообщение цели урока.

3.Изучение нового материала(30мин)

4. Закрепление(5мин)

5. Домашнее задание(1мин)

6.Оценивание(5мин)

6.Рефлексия(2мин)

Ход урока

Учитель: Сегодня мы познакомимся с соединениями элементов второй группы главной подгруппы на примере Кальция и Магния.

Учитель. Химические элементы, входящие в главную подгруппу II группы: щелочноземельные металлы - кальций, стронций, барий и радий. Каково происхождение данного названия? Гидроксиды этих элементов – сильные основания - похожи по свойствам на гидроксиды щелочных металлов; оксиды же их тугоплавки и напоминают оксиды алюминия и некоторых тяжелых металлов (такие оксиды прежде называли “землями”). Отсюда и название “Щелочноземельные металлы”.

У нас работают мини- лаборатории, заранее были даны задания, где студенты должны были провести исследование некоторых веществ, связанные с жизнью.(на примере магния и кальция).

Исследовательская лаборатория № 1.

Тема исследования: “Магний”

Цель: Составить отчет о магний согласно полученным пунктам плана исследования.

1) Подготовить историческую справку об открытии магния.

2) Объясните физические свойства металла: ковкость, тепло- и электропроводность на основе строения кристаллической решетки.

3) Получение магния (работа с учебником).

4)Определить области распространения магния в природе.

5) Выяснить содержание магния в живых организмах.(болезни, норма)

Решение задач.(для 2-х команд)

Кальций человек получает из продуктов питания – таких, как творог, сыр, молочные продукты, квашеная капуста. Организм начинает терять этот элемент при потреблении его менее 400 мг в сутки.
Примерное содержание кальция в 100 граммах сыра – 1200 мг, в 100 граммах творога – 160 мг, а в 100 граммах рыбы – 40 мг. Регулярное употребление какого количества каждого их этих продуктов полностью удовлетворит суточную потребность вашего организма в ионах кальция? (Учащийся решает у доски.) Ответ: 33 г сыра, 250 г творога, 1 кг рыбы.

Опыт: как апельсиновый сок изменяет окраску индикаторов – метилового оранжевого и фенолфталеина. Цвет полученных растворов сравните с индикаторной шкалой. Объясните происходящие явления. Как вы считаете: каковы последствия воздействия этого напитка на эмаль зубов?

(Розовый цвет лакмуса и бесцветный фенолфталеин свидетельствуют о кислотной реакции среды, в которой эмаль становиться мягкой и легко подвергается эрозии, в результате потери Ca²⁺⁾. )
– Чтобы проверить, насколько натурален сок, нужно прокипятить его с ложкой соды (метод работает для напитков коричневых, зеленых или желтых по цвету). Если сок останется прежнего цвета – перед вами достижение химической промышленности. Если будет бурым – продукт натуральный. Проведя эксперимент с апельсиновым соком, выясняем, что он не изменил свой цвет, – значит, не является натуральным.

Тест на содержание кальция
в организме

Ответьте либо «да», либо «нет».

1. Страдаете ли вы остеопорозом (ломкость костей)?
2. Бывает ли у вас аллергия при длительном пребывании на солнце?
3. Часто ли у вас бывают судороги?
4. Выпиваете ли вы ежедневно меньше 1 стакана молока?
5. Употребляете ли вы мало таких молочных продуктов, как йогурт или сыр?
6. Пьете ли вы ежедневно напитки типа «колы»?
7. Употребляете ли вы мало зеленых овощей?
8. Вы едите много мяса и колбасы?

Если на большинство вопросов вы ответили «нет», то ваш организм в достаточной степени обеспечен кальцием.

Тест на содержание магния в организме
Ответьте на каждый вопрос либо «да», либо «нет».

1. Часто ли у вас бывают судороги (в частности, ночные судороги икроножных мышц)?
2. Страдаете ли вы болями в сердце, учащенным сердцебиением и сердечной аритмией?
3. Часто ли вы ощущаете онемение, например в руках?
4. Часто ли вам угрожают стрессовые ситуации?

5. Принимаете ли мочегонные средства?
6. Много ли вы занимаетесь спортом?
7. вы предпочитаете белый хлеб и изделия из белой муки, а не изделия из муки грубого помола?
8. Редко ли вы употребляете салат и зеленые овощи?
9. Во время готовки картофеля и овощей используете ли вы длительную водную обработку и варите их в большом количестве воды?
10. При покупке минеральной воды обращаете ли вы внимание на содержание в ней магния?

Если на большинство вопросов вы ответили «нет», то ваш организм в достаточной степени обеспечен магнием.

Исследовательская лаборатория № 2.

Тема исследования: “Кальций”.

Цель: Составить отчет о кальции согласно полученным пунктам плана исследования.

1) Подготовить историческую справку об открытии кальция.

2)Объясните физические свойства металла: ковкость, тепло- и электропроводность на основе строения кристаллической решетки

3) получение кальция (работа с учебником)

4) Определить области распространения кальция в природе.

5) Выяснить содержание кальция в живых организмах (болезни, норма)

6) решение задач

жесткость воды(виды жесткости)

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↓

7) устранение жесткости.

Способы устранения жесткости воды(виды способов).

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

Магний - Соли магния проявляют антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижают артериальное давление и содержание холестерина в крови, оказывают успокаивающее действие на нервную систему, играют большую роль в профилактике и лечении рака, благотворно действуют на органы пищеварения.

Кальций - Ионы кальция необходимы для процесса кроветворения, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влияют на состояние нервной системы, оказывают противовоспалительное действие.

- Что общего в строении атомов металлов II А подгруппы?

- Как изменяется строение атома и химические свойства металлов от магния до радия?

- Какие свойства, окислительные или восстановительные, проявляют металлы II группы главной подгруппы?

- С какими веществами могут реагировать металлы II группы?

Итак, бериллий, магний и все щелочноземельные металлы взаимодействуют при нагревании почти со всеми неметаллами - хлором, серой, азотом, водородом и т.д., образуя соответственно хлориды, сульфиды, нитриды, гидриды.

Демонстрация горения магния

Проблемная ситуация. Углекислый газ не поддерживает горение, воду используют для тушения пожаров. Можно ли потушить горящий магний водой или углекислым газом? Демонстрационный эксперимент. Вносим горящий магний в воду и наблюдаем, как он сгорает, ярко вспыхивая. Обсуждаем причины данного явления, записываем уравнения химических реакций. Магний восстанавливает неметаллы из оксидов. Горящий магний невозможно потушить не только водой, но и углекислым газом, с которым он реагирует:

2Mg + CO₂ = 2MgO + C (а также CO)

Из всех металлов главной подгруппы II группы только бериллий практически не взаимодействует с водой (препятствует защитная пленка на его поверхности), магний реагирует при нагревании, остальные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях.

Металлы IIА группы Периодической системы Д.И. Менделеева способны вытеснять менее активные металлы из их оксидов. На этом свойстве основан один из пирометаллургических способов получения металлов – металлотермия. В качестве восстановителей чаще всего используют магний и кальций. Магниетермией получают, например, ниобий, тантал, молибден. Кальциетермией – почти все редкоземельные металлы, хром, цирконий, ванадий и др.

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

Закрепления

Написать уравнения реакций, подтверждающие их взаимосвязь или генетическое родство

1.Ca→CaO→Ca(OH)2→CaCl2

2.Mg→MgO→Mg(OH)2→MgSO4

Учитель: Обратимся к цепочке превращений:
Учитель: Как называются эти вещества? 

CaO – оксид кальция, негашеная известь;
Ca(OH)₂ – гидроксид кальция (гашеная известь, известковая вода, известковое молоко в зависимости от концентрации раствора).
Общее – одна и та же химическая формула Са(ОН)₂. Отличие: известковая вода – прозрачный насыщенный раствор Са(ОН)₂, а известковое молоко – это белая взвесь Са(ОН)₂ в воде. 

CaCl₂ - хлорид кальция, хлористый кальций;
CaCO₃ – карбонат кальция, мел, мрамор ракушечник, известняк.
CaS0₄ ∙ 2H₂0 — кристаллогидрат сульфата кальция, гипс;
MgO-

Mg(OH)₂ -
MgC0₃ ∙ CaC0₃ — двойная соль – карбонат кальция, магния - доломит;
MgC0₃ – карбонат магния - магнезит;
MgS0₄ — сульфат магния - горькая или английская соль, содержится в морской воде.

Верны ли данные утверждения?

1.Все щелочноземельные металлы открыты в XIX веке.

2.Название магния произошло от названия города.

3.Радий единственный радиоактивный элемент в своей группе.

4.Бериллий при обычных условиях не взаимодействует с водой.

5.От строения кристаллической решетки зависят физические свойства металлов.

6.Для живых организмов особое значение имеет кальций

Рефлексия

Д/з