Сравните физические и химические свойства магния и кальция. Найдите сходство и различия.
Сходства:
Оба элемента принадлежат к группе щелочноземельных металлов. Магний и кальций — металлы, обладающие металлическим блеском и хорошей проводимостью тепла и электричества. Оба элемента реагируют с водой, образуя гидроксиды и выделяя водород. Различия:
Магний менее активен, чем кальций, и при обычных условиях не реагирует с водой, в отличие от кальция, который легко реагирует с водой при комнатной температуре, образуя гидроксид кальция и водород. Кальций легче вступает в реакции с кислородом, чем магний. Магний более устойчив к коррозии, чем кальций, так как образует защитную плёнку окисла, которая препятствует дальнейшему окислению.
К каким классам соединений принадлежат негашёная и гашёная известь? Охарактеризуйте их химические свойства, проиллюстрировав уравнениями реакций.
Негашёная известь — это оксид кальция (CaO), который является основным оксидом. Он взаимодействует с водой, образуя гидроксид кальция: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
Гашёная известь — это гидроксид кальция (Ca(OH)₂), который относится к основанию. В воде он образует раствор, который называется известковой водой: Ca(OH)₂ (раствор) → Ca²⁺ + 2OH⁻.
Эти соединения проявляют основные химические свойства, реагируя с кислотами:
CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O (реакция с кислотой). Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O (реакция с кислотой).
Насыщенный раствор гидроксида кальция называют известковой водой. Почему при кипячении известковой воды может образоваться осадок даже в отсутствие в воздухе углекислого газа? Взаимодействие кальция с соляной кислотой протекает гораздо быстрее, чем с раствором серной кислоты, содержащим такое же количество ионов водорода. Как это объяснить?
При кипячении насыщенного раствора гидроксида кальция (известковой воды) происходит снижение растворимости Ca(OH)₂, в результате чего часть вещества выпадает в осадок. Это связано с тем, что температура влияет на растворимость гидроксидов щелочноземельных металлов, и при повышении температуры растворимость Ca(OH)₂ в воде уменьшается. Реакция может быть представлена так: Ca(OH)₂ (раствор) ↔ Ca(OH)₂ (осадок).
Реакция кальция с соляной кислотой протекает быстрее, потому что ионы хлора (Cl⁻) более подвижны, чем ионы сульфата (SO₄²⁻). Это ускоряет процесс взаимодействия кальция с кислотой. Хлорид кальция (CaCl₂) легко растворяется в воде, а сульфат кальция (CaSO₄) имеет низкую растворимость, что замедляет реакцию с серной кислотой.
В результате восстановления сульфата кальция водородом при 800 °С образуется сульфид кальция. Напишите уравнение реакции. Определите объём водорода (н. у.), который потребуется для получения 216 г сульфида.
При восстановлении сульфата кальция водородом образуется сульфид кальция (CaS) и вода: CaSO₄ + 2H₂ → CaS + 2H₂O.
Для получения 216 г сульфида кальция необходимо рассчитать количество водорода, используя молекулярные массы. Молекулярная масса CaSO₄ = 136 г/моль, молекулярная масса CaS = 72 г/моль. Масса сульфида кальция (216 г) соответствует 216 г / 72 г/моль = 3 моль CaS. Поскольку на 1 моль CaSO₄ требуется 2 моль водорода, для получения 216 г CaS потребуется 6 моль водорода.
Объём водорода (при нормальных условиях): 1 моль водорода = 22,4 л. Значит, 6 моль водорода займут: 6 моль × 22,4 л/моль = 134,4 л.
Египетская царица Клеопатра поразила присутствующих на пиру, растворив большую жемчужину в бокале с уксусом. Какую химическую реакцию она осуществила? Напишите её уравнение в молекулярном и сокращённом ионном виде, учитывая, что жемчуг представляет собой арагонит.
Жемчуг состоит из кальцита (аргонита), который является карбонатом кальция (CaCO₃). Реакция растворения жемчужины в уксусной кислоте (CH₃COOH) приводит к образованию ацетата кальция (Ca(CH₃COO)₂) и углекислого газа (CO₂): CaCO₃ + 2CH₃COOH → Ca(CH₃COO)₂ + CO₂ + H₂O.
В сокращённом ионном виде: Ca²⁺ + CO₃²⁻ + 2CH₃COOH → Ca²⁺ + 2CH₃COO⁻ + CO₂ + H₂O.
В одном стакане молока содержится примерно 0,24 г кальция. Сколько стаканов молока нужно выпивать ежедневно для удовлетворения суточной потребности организма в кальции? Почему молоко особенно рекомендуют пить детям?
Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет примерно 1000 мг. В 0,24 г кальция в одном стакане молока содержится 240 мг кальция. Чтобы удовлетворить суточную потребность в кальции, необходимо выпить: 1000 мг / 240 мг ≈ 4,17 стаканов молока.
Молоко особенно рекомендуется пить детям, так как оно является источником легкоусвояемого кальция, который необходим для формирования крепких костей и зубов, а также для нормального функционирования нервной системы и мышц.
Карбид кальция CaC2 производят в электропечах из смеси известняка с коксом: CaCO3+ C —> CaC2+ CO. Рассмотрите эту реакцию как окислительно-восстановительную и расставьте коэффициенты.
Рассмотрим реакцию в контексте окислительно-восстановительного процесса:
CaCO₃ + 3C → CaC₂ + 3CO.
В этой реакции:
Кальций в CaCO₃ восстанавливается, переходя в CaC₂ (с понижением степени окисления с +2 до 0). Углерод в C окисляется, образуя угарный газ (CO), где его степень окисления увеличивается с 0 до +2. Таким образом, углерод отдает электроны (окисляется), а кальций их принимает (восстанавливается).
Почему оксид кальция строители называют «кипелкой»? Напишите уравнение реакции.
Оксид кальция (CaO) называют «кипелкой», потому что при его взаимодействии с водой происходит выделение большого количества тепла, а сама реакция сопровождается бурным «кипением». Это из-за образования гидроксида кальция (Ca(OH)₂), а теплотворная реакция может приводить к появлению пары:
CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + Q.
В ходе реакции выделяется значительное количество тепла, что и объясняет "кипение" в процессе взаимодействия оксида кальция с водой.
Расскажите о применении карбоната и сульфата кальция. На чём основано использование гипсовой повязки при лечении переломов?
Карбонат кальция (CaCO₃) широко используется в строительстве, для производства извести, а также в производстве стекла и цемента. Сульфат кальция (CaSO₄) в виде гипса используется в строительстве, для изготовления гипсовых изделий, а также в медицине. Гипсовая повязка используется при лечении переломов, потому что при твердения гипса происходит его превращение в сульфат кальция (CaSO₄) с образованием прочной и жесткой структуры, которая фиксирует конечность. Это делает гипс идеальным материалом для удержания кости в правильном положении при заживлении.
Как химическим путём определить, из какого материала — мрамора или алебастра — была сделана разбившаяся статуэтка?
Чтобы химически определить, из какого материала сделана статуэтка, можно провести реакцию с кислотой. Обычная проверка заключается в реакции с разбавленной соляной кислотой:
Если статуэтка из мрамора, который состоит в основном из карбоната кальция (CaCO₃), то при добавлении кислоты произойдёт бурное выделение углекислого газа: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑.
Если статуэтка из алебастра (кальциевый сульфат — CaSO₄), то в реакции с кислотой углекислый газ не выделяется, и раствор будет оставаться без изменений.
Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) Ca > CaO > Ca(OH)2 > Ca(NO3)2 * CaCO3 > CaC2;
б) Ca * CaS > CaCl2 > Ca(NO3)2 > CaSO4 > CaS;
в) BaCl2 * Ba > Ba(OH)2 > Ba(NO3)2 > Ba3(PO4)2.
а) Ca > CaO > Ca(OH)₂ > Ca(NO₃)₂ > CaCO₃ > CaC₂: Ca > CaO: Ca + ½O₂ → CaO (Кальций реагирует с кислородом, образуя оксид кальция.)
CaO > Ca(OH)₂: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (Оксид кальция реагирует с водой, образуя гидроксид кальция.)
Ca(OH)₂ > Ca(NO₃)₂: Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O (Гидроксид кальция реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат кальция.)
Ca(NO₃)₂ > CaCO₃: Ca(NO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaNO₃ (Нитрат кальция взаимодействует с карбонатом натрия, образуя карбонат кальция.)
CaCO₃ > CaC₂: CaCO₃ + 3C → CaC₂ + 3CO (Карбонат кальция при высокой температуре восстанавливается углеродом, образуя карбид кальция.)
б) Ca > CaS > CaCl₂ > Ca(NO₃)₂ > CaSO₄ > CaS: Ca > CaS: Ca + S → CaS (Кальций реагирует с серой, образуя сульфид кальция.)
CaS > CaCl₂: CaS + Cl₂ → CaCl₂ + S (Сульфид кальция реагирует с хлором, образуя хлорид кальция и освобождая серу.)
CaCl₂ > Ca(NO₃)₂: CaCl₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2HCl (Хлорид кальция реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат кальция и хлороводород.)
Ca(NO₃)₂ > CaSO₄: Ca(NO₃)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2HNO₃ (Нитрат кальция реагирует с серной кислотой, образуя сульфат кальция.)
CaSO₄ > CaS: CaSO₄ + 4C → CaS + 4CO (Сульфат кальция восстанавливается углеродом, образуя сульфид кальция.)
в) BaCl₂ > Ba > Ba(OH)₂ > Ba(NO₃)₂ > Ba₃(PO₄)₂: BaCl₂ > Ba: BaCl₂ + C → Ba + Cl₂ (Хлорид бария восстанавливается углеродом, образуя барий и хлор.)
Ba > Ba(OH)₂: Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂ (Барий реагирует с водой, образуя гидроксид бария и водород.)
Ba(OH)₂ > Ba(NO₃)₂: Ba(OH)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O (Гидроксид бария реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат бария.)
Ba(NO₃)₂ > Ba₃(PO₄)₂: 3Ba(NO₃)₂ + 2Na₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6NaNO₃ (Нитрат бария реагирует с фосфатом натрия, образуя фосфат бария и нитрат натрия.)