Лабораторный опыт 15, страница 157 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 33. Кальций и его соединения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - страница 157.

Условие.

Лабораторный опыт 15. Свойства соединений кальция

1. Ознакомьтесь с выданными образцами природных соединений кальция. Рассмотрите их внешний вид, отметьте окраску, твёрдость.

2. На лист плотного картона насыпьте жжёный гипс, добавьте немного воды и перемешивайте смесь лучинкой или шпателем до образования густого теста. Из него можно сделать фигурку и оставить до следующего занятия. Что происходит с материалом?

3. Получите из гидрокарбоната натрия карбонат кальция.

Решение.

Решение 2.

1. Природные соединения кальция разнообразны по своему внешнему виду, окраске и твёрдости. В рамках лабораторного опыта обычно рассматривают следующие образцы:

• Карбонат кальция ($CaCO_3$). Это одно из самых распространённых соединений кальция, встречающееся в виде нескольких минералов и горных пород:
  • Мел: Белая, мягкая, пористая порода. Имеет низкую твёрдость (около 1 по шкале Мооса), легко крошится и оставляет след на поверхностях (пачкает руки).
  • Известняк: Осадочная порода, обычно серого, белого или желтоватого цвета. Значительно твёрже мела (твёрдость около 3), не пачкает руки.
  • Мрамор: Метаморфическая порода, образовавшаяся из известняка. Имеет кристаллическую структуру, часто с характерными прожилками. Окраска может быть самой разной – от чисто-белой до чёрной, розовой, зелёной. Твёрдость 3-4 по шкале Мооса, обладает блеском на изломе.

• Сульфат кальция ($CaSO_4$). В природе чаще всего встречается в виде дигидрата – гипса.
  • Гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$): Белое или бесцветное кристаллическое вещество, иногда с желтоватыми или розоватыми оттенками из-за примесей. Это очень мягкий минерал (твёрдость 2 по шкале Мооса), его можно поцарапать ногтем.

• Фторид кальция ($CaF_2$). Минерал флюорит.
  • Флюорит (плавиковый шпат): Часто образует красивые кристаллы кубической формы. Окраска очень разнообразна: фиолетовая, зелёная, жёлтая, синяя, бывает и бесцветным. Твёрдость 4 по шкале Мооса.

Ответ: Природные соединения кальция, такие как мел, известняк, мрамор и гипс, различаются по цвету (от белого и серого до цветных разновидностей), твёрдости (мел – мягкий, мрамор – твёрдый) и структуре (мел – пористый, мрамор – кристаллический).

2. Решение

При смешивании жжёного гипса с водой происходит химическая реакция, в результате которой материал затвердевает. Жжёный гипс – это полугидрат сульфата кальция ($CaSO_4 \cdot 0.5H_2O$), который получают при нагревании природного гипса. При добавлении воды он снова превращается в дигидрат сульфата кальция ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), то есть в обычный гипс. Этот процесс называется гидратацией.

Уравнение реакции:

$CaSO_4 \cdot 0.5H_2O + 1.5H_2O \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O$

В ходе этой реакции образуются и переплетаются между собой игольчатые кристаллы дигидрата гипса, что приводит к схватыванию и затвердеванию всей массы. Изначально пластичное "тесто" превращается в твёрдый и прочный материал, сохраняющий приданную ему форму. Процесс сопровождается выделением тепла (экзотермическая реакция), поэтому фигурка при затвердевании будет тёплой на ощупь.

Ответ: При добавлении воды к жжёному гипсу образуется пластичная масса, которая со временем затвердевает, превращаясь в прочный камень. Это происходит из-за химической реакции гидратации: полугидрат сульфата кальция превращается обратно в дигидрат, образуя сросшиеся кристаллы.

3. Решение

Получить карбонат кальция ($CaCO_3$) из гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$) можно в две стадии.

Стадия 1: Получение карбоната натрия.При нагревании раствора гидрокарбоната натрия он разлагается с образованием карбоната натрия ($Na_2CO_3$), воды и углекислого газа.

Уравнение реакции:

$2NaHCO_3(р-р) \xrightarrow{t} Na_2CO_3(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г) \uparrow$

Стадия 2: Осаждение карбоната кальция.К полученному раствору карбоната натрия необходимо добавить раствор любой растворимой соли кальция, например, хлорида кальция ($CaCl_2$). В результате реакции ионного обмена выпадает белый осадок нерастворимого карбоната кальция.

Уравнение реакции:

$Na_2CO_3(р-р) + CaCl_2(р-р) \rightarrow CaCO_3(т) \downarrow + 2NaCl(р-р)$

Существует и альтернативный одностадийный способ: реакция между раствором гидрокарбоната натрия и суспензией гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$, известковое молоко). В результате также образуется осадок карбоната кальция.

$2NaHCO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2CO_3 + 2H_2O$

Ответ: Карбонат кальция можно получить из гидрокарбоната натрия, сначала превратив гидрокарбонат натрия в карбонат натрия путём нагревания, а затем добавив к нему раствор соли кальция (например, хлорида кальция). Уравнения реакций: $2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2$; $Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$.