Реакция цезия с водой уравнение

Цезий: способы получения и химические свойства

Цезий Cs — это щелочной металл. Белый, мягкий, весьма легкоплавкий. Чрезвычайно реакционноспособный, сильнейший восстановитель.

Относительная молекулярная масса Mr = 132,905; относительная плотность для твердого состояния d = 1,873; относительная плотность для жидкого состояния d = 1,841; t_пл = 28,7º C; t_кип = 667,6º C

Способ получения

1. В результате электролиза жидкого гидроксида цезия образуются цезий, кислород и вода :

4CsOH → 4Cs + O₂↑ + 2H₂O

2. В результате разложения оксида цезия при 300 — 500º С получается пероксид цезия и цезий:

3. Хлорид цезия подвергают электролизу в воде , в результате чего на выходе образуется гидроксид цезия, хлор и водород:

2CsCl + 2H₂O = H₂↑ + Cl₂↑ + 2CsOH

Качественная реакция

Качественная реакция на цезий — окрашивание пламени горелки в синий цвет.

Химические свойства

1. Цезий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

1.1. Цезий легко реагирует с водородом при 300–350º C и повышенным давлением с образованием гидрида цезия:

2Cs + H₂ = 2CsH

1.2. Цезий сгорает в кислороде (воздухе) с образованием надпероксида цезия:

а если сгоранием происходит в холодной среде, то образуется оксид цезия:

1.3. Цезий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом . При этом образуются фторид цезия, хлорид цезия, бромид цезия, йодид цезия :

2Cs + F₂ = 2CsF

2Cs + Cl₂ = 2CsCl

2Cs + Br₂ = 2CsBr

2Cs + I₂ = 2CsI

1.4. С серой цезий реагирует при температуре 100–130º C с образованием сульфида цезия:

2Cs + S = Cs₂S

2. Цезий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Цезий реагирует с водой . Взаимодействие цезия с водой приводит к образованию гидроксида цезия и газа водорода:

2Cs 0 + 2 H₂ O = 2 Cs + OH + H₂ 0

2.2. Цезий взаимодействует с кислотами:

2.2.1. Цезий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид цезия и водород :

2Cs + 2HCl = 2CsCl + H₂ ↑

2.2.2. При взаимодействии с разбавленной и холодной с ерной кислотой образуется сульфат цезия, и смесь продуктов восстановления серной кислоты — оксид серы (IV), осадок сера и вода.

2.2.3. Реагируя с разбавленной и холодной азотной кислотой Цезий образует нитрат цезия, и смесь продуктов восстановления азота — газ оксид азота (II), газ оксид азота (I) или азот и воду.

2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и цезия в бензоле образуется осадок гидросульфид цезия и газ водород:

2Cs + 2H₂S = 2CsHS↓ + H₂↑

2.3. Цезий может взаимодействовать с основаниями:

2.3.1. Цезий взаимодействует с гидроксидом цезия при температуре 300-350º С, при этом образуется оксид цезия и водород:

2Cs + 2CsOH = 2Cs₂O + H₂

2.4. Цезий вступает в реакцию с газом аммиаком при 30-45º С. В результате данной реакции образуется амид цезия и водород:

2.5. Цезий может вступать в реакцию с оксидами :

2.5.1. В результате взаимодействия цезия и оксида кремния при температуре выше 300º С образуется силикат цезия и кремний:

Реакция цезия с водой уравнение

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ

8 КЛАСС

РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ

1. Напишите уравнения реакций взаимодействия цезия и кальция с водой, если при этом образуются водород и соответствующий гидроксид.

Ответ: 2Cs + 2H₂O = 2CsOH + H₂; Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂.

2. На лабораторном столе стояли 3 пробирки с разбавленной серной кислотой и 3 пробирки с раствором нитрата кобальта (II). В первые три пробирки поместили металлы Ca, Hg и Al. В оставшиеся три пробирки поместили металлы Pb, Al и Cr. Что наблюдается в каждой из пробирок? Напишите уравнения возможных реакций.

Ответ:

В пробирках с серной кислотой:

Ca + H₂SO₄ = CaSO₄ + H₂, кальций растворяется, выделяется бесцветный газ;

в пробирке с Hg изменений нет;

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂, алюминий растворяется, выделяется бесцветный газ.

В пробирке с раствором нитрата кобальта (II):

в пробирке с Pb изменений нет;

2Al + 3Co(NO₃)₂ = 2Al(NO₃)₃ + 3Co, алюминий растворяется, на поверхности алюминия появляется налет кобальта, раствор обесцвечивается;

2Cr + 3Co(NO₃)₂ = 2Cr(NO₃)₃ + 3Co, хром растворяется, на поверхности хрома появляется налет кобальта, раствор изменяет окраску.

3. Определите объем водорода (н.у.), который выделится в результате взаимодействия алюминия с 365 г 15%-ного раствора соляной кислоты.

Реакция цезия с водой уравнение

Цезий — металл золотисто-белого цвета, напоминающий по внешнему виду золото (правда, цезий имеет более светлый оттенок). Это довольно мягкий металл, который плавится даже от тепла ладони (T_пл=28.6 °C). Расплав представляет собой подвижную жидкость, после плавления цвет цезия становится более серебристым. Жидкий металл хорошо отражает свет.

Подобно другим щелочным металлам, цезий довольно мягок. Цезий — самый тяжелый щелочной металл, несмотря на это, он имеет низкую плотность — 1.873 г/см 3 .

Ампула с металлическим цезием
фотографии Всеволода Панова

Цезий

Плавление цезия от тепла ладони
Смотреть Видео

Соли цезия окрашивают пламя в фиолетовый цвет

Цезий был открыт в 1860 году немецкими учёными Р.В. Бунзеном и Г.Р. Кирхгофом. В лабораторию Бунзена прислали минеральную воду из Дюрхгеймского источника. Врачи, приславшие воду, просили проанализировать состав, чтобы узнать, чем обусловлены ее лечебные свойства. Бунзен подверг воду спектральному анализу и неожиданно обнаружил две голубые линии, которые не соответствовали ни одному известному тогда элементу. Так впервые благодаря методу спектрального анализа был открыт новый элемент, который назвали цезием — от латинского «небесно-голубой».

Позже выяснилось, что цезий является очень редким и рассеянным элементом. Считается, что его содержание в земной коре в несколько сот раз меньше, чем рубидия и не превышает 7·10 -4 %. Не удивительно, что металл был открыт новым спектроскопическим методом анализа, который обладает высокой чувствительностью.

Цезий встречается в небольших количествах (порядка тысячных долей процента) во многих горных породах; ничтожные количества этого металла обнаружены в морской воде. В большей концентрации (до нескольких десятых процента) он содержится в некоторых калиевых и литиевых минералах, главным образом в лепидолите. Но особенно существенно то, что, в отличие от рубидия и большинства других редких элементов, цезий образует собственные минералы — поллуцит (Cs,Na)[AlSi₂O₆]·nH₂O, авогадрит (K,Cs)[BF₄] и родицит (K,Cs)Al₄Be₄(B,Be)₁₂O₂₈. Родицит крайне редок. Авогадрит тоже редок, поллуциты встречаются нечасто; их залежи маломощны, зато цезия они содержат не менее 20, а иногда и до 35%. Наибольшее практическое значение имеют поллуциты США (Южная Дакота и Мэн), Юго-Западной Африки, Швеции, России и Казахстана.

Авогадрит

Родицит

Одно дело — открыть новый химический элемент, совсем другое — получить его в индивидуальном состоянии. В случае цезия эта задача оказалась исключительно сложной. Несмотря на упорную работу, Бунзен так и не смог выделить металлический цезий. Это удалось сделать только через двадцать лет после открытия элемента.

В 1882 г., шведский химик Сеттерберг подверг электролизу расплав смеси цианидов цезия и бария (взятых в отношении 4:1). Ba(CN)₂ был необходим для снижения температуры плавления. Работать с цианидами опасно, барий загрязнял конечный продукт, а выход цезия был небольшим. Н.Н. Бекетов предложил восстанавливать гидроокись цезия металлическим магнием в токе водорода при повышенной температуре. Однако и в этом случае выход цезия не превышал 50% от теоретического.

Лучший способ получения металлического цезия был предложен в 1911 г. французским химиком Акспилем. При методе Акспиля, хлорид цезия восстанавливают металлическим кальцием в вакууме, реакция

идет практически до конца. Процесс ведут в специальном приборе (в лабораторных условиях — из кварца или тугоплавкого стекла), снабженном отростком. Если давление в приборе не больше 0.001 мм рт. ст., температура процесса может не превышать 675°C. Выделяющийся цезий испаряется и отгоняется в отросток, а хлористый кальций полностью остается в реакторе, так как в этих условиях летучесть соли ничтожна (температура плавления CaCl₂ равна 773°C, т.е. на 100°C выше температуры процесса). В результате повторной дистилляции в вакууме получается абсолютно чистый металлический цезий. Этот способ до сих пор остается наиболее распространенным.

По другому методу цезий получают, восстанавливая его бихромат цирконием:

Цезий — исключительно активный металл. На воздухе он воспламеняется, образуя надпероксид CsO₂. При ограниченном доступе кислорода окисляется до оксида Cs₂O. Цезий образует также ряд соединений с более низким содержанием кислорода — субоксидов, например: Cs₁₁O₃, Cs₄O, Cs₇O.

Реакции цезия с галогенами, серой, фосфором протекают со взрывом.

При контакте цезия с водой происходит взрыв. Если реакцию проводить в стакане или кристаллизаторе, они могут разлететься на куски. Со льдом цезий реагирует вплоть до температуры -116 °C. Продуктами реакции являются гидроксид CsOH и водород H₂.

Реакция цезия с водой

Гидроксид цезия — сильнейшее основание. При работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разрушает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает железо, кобальт, никель, а также платину, корунд и диоксид циркония, и даже постепенно разрушает серебро и золото (в присутствии кислорода — очень быстро). Единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является родий и некоторые его сплавы.

Цезий и его соединения нашли многочисленные применения в электронике, радиотехнике, химической промышленности, оптике, медицине, ядерной энергетике и космической технике. В частности, цезий широко применяется в фотоэлементах, иодид и бромид цезия используется в приборах инфракрасного видения, монокристаллы CsI служат детекторами ионизирующего излучения, соединения цезия входят в состав катализаторов для ряда важных промышленных процессов (синтез аммиака, бутадиена, получение окиси этилена).

Радиоактивный изотоп 137 Cs (бета-излучатель с периодом полураспада 30.17 лет) используется для стерилизации пищевых продуктов и медицинских препаратов, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Кроме того, 137 Cs применяется в гамма-дефектоскопии, датчиках уровня и в производстве радиоизотопных источников тока. Изотоп 137 Cs является одним из основных загрязнителей, которые попали в окружающую среду в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Стабильный изотоп 133 Cs используется в атомных часах — точнейшем приборе для измерения времени.

Согласно современному определению секунда — интервал времени, равный 9192631770 периодам излучения, которое соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома 133 Cs. Другими словами, атом 133 Cs является стандартом для измерений времени и частоты. Точность измерения секунды лимитирует точность измерения других основных единиц, которые содержат секунду в своем определении — например, таких как вольт или метр. Цезиевые часы считались самыми точными последние 50 лет.

Сегодня много областей науки и техники не могут обойтись без цезия. В будущем следует ожидать, что применение этого элемента станет более широким и разнообразным.