Страница 93 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. Напишите уравнения реакций для осуществления превращений:

1. $Ca \rightarrow CaH_2$

2. $CaH_2 \rightarrow Ca(OH)_2$

3. $Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3$

4. $CaCO_3 \rightarrow CaCl_2$

5. $CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

6. $Ca \rightarrow CaO$

7. $CaO \rightarrow Ca(OH)_2$

8. $CaCO_3 \rightarrow CaO$

9. $CaO \rightarrow CaCl_2$

10. $Ca \rightarrow Ca(OH)_2$

Уравнение последней реакции запишите также в ионной форме.

1. Для получения гидрида кальция из металлического кальция, его необходимо нагреть в атмосфере водорода. Происходит реакция соединения.

Ответ: $Ca + H_2 \xrightarrow{t^\circ} CaH_2$

2. Гидрид кальция энергично реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и выделением газообразного водорода.

Ответ: $CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2\uparrow$

3. Для получения карбоната кальция через раствор гидроксида кальция (известковую воду) пропускают углекислый газ. В результате реакции выпадает белый осадок карбоната кальция.

Ответ: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

4. Карбонат кальция, как соль слабой кислоты, реагирует с сильными кислотами, например, с соляной кислотой. В результате образуется растворимая соль хлорид кальция, вода и выделяется углекислый газ.

Ответ: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

5. Получение фосфата кальция из хлорида кальция возможно путем реакции ионного обмена с растворимой солью фосфорной кислоты, например, с фосфатом натрия или калия. В результате образуется нерастворимый осадок фосфата кальция. Ниже представлены уравнения реакции в молекулярной и ионной формах.

Молекулярное уравнение:

$3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaCl$

Полное ионное уравнение:

$3Ca^{2+} + 6Cl^{-} + 6Na^{+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6Na^{+} + 6Cl^{-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaCl$; Сокращенное ионное уравнение: $3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow$.

6. При сжигании металлического кальция в кислороде или на воздухе образуется его основной оксид — оксид кальция.

Ответ: $2Ca + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CaO$

7. Оксид кальция (негашеная известь) активно реагирует с водой, образуя гидроксид кальция (гашеную известь). Реакция экзотермическая.

Ответ: $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

8. Термическое разложение карбоната кальция при высокой температуре (около 900-1000 °C) приводит к образованию оксида кальция и углекислого газа. Это промышленный способ получения извести.

Ответ: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$

9. Оксид кальция, являясь основным оксидом, вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой, образуя соль хлорид кальция и воду.

Ответ: $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$

10. Кальций — это активный щелочноземельный металл, который реагирует с водой при обычных условиях, замещая в ней один атом водорода. В результате образуется гидроксид кальция и выделяется водород.

Ответ: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$

6. Используя в качестве примера приведённое в предыдущем параграфе сочинение ученицы, напишите своё сочинение о химическом веществе или процессе, посвящённое химии щелочноземельных металлов.

Щелочноземельные металлы — это элементы второй группы Периодической системы, яркие и активные представители металлического мира. К ним относятся бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радиоактивный радий. Все они имеют по два электрона на внешней электронной оболочке, что определяет их сходные химические свойства: они легко отдают эти электроны, превращаясь в двухзарядные положительные ионы ($Me^{2+}$), и проявляют высокую химическую активность. Среди этого семейства одним из самых важных и распространенных является кальций — элемент, без которого невозможно представить ни нашу планету, ни саму жизнь.

В чистом виде кальций — это довольно лёгкий, ковкий, серебристо-белый металл. Однако увидеть его в таком состоянии в природе невозможно. Причина кроется в его высокой реакционной способности. Подобно своим собратьям по группе, он бурно реагирует с водой, образуя гидроксид и вытесняя водород: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$. На воздухе он быстро покрывается плёнкой оксида и нитрида, теряя свой блеск. Именно из-за этой активности кальций существует в природе исключительно в виде соединений.

И этих соединений — великое множество. Карбонат кальция ($CaCO_3$) — основа таких минералов и пород, как известняк, мрамор и мел. Целые горные хребты, например, Альпы и Кавказ, сложены из известняков. Карбонат кальция участвует в удивительном природном процессе — образовании карстовых пещер. Вода, содержащая растворенный углекислый газ, медленно реагирует с нерастворимым карбонатом, превращая его в растворимый гидрокарбонат: $CaCO_3(тв) + H_2O(ж) + CO_2(г) \rightleftharpoons Ca(HCO_3)_2(р-р)$. Этот обратимый процесс лежит в основе роста сталактитов и сталагмитов: когда вода испаряется или из неё уходит углекислый газ, реакция сдвигается влево, и карбонат кальция снова кристаллизуется, создавая причудливые подземные дворцы. Другое важное соединение — сульфат кальция ($CaSO_4$), известный как гипс и ангидрит. Гипс, или $CaSO_4 \cdot 2H_2O$, — незаменимый материал в строительстве и медицине.

Особого внимания заслуживает такое явление, как жёсткость воды, напрямую связанное с ионами кальция и магния. Временная, или карбонатная, жёсткость обусловлена присутствием в воде тех самых гидрокарбонатов ($Ca(HCO_3)_2$ и $Mg(HCO_3)_2$). При кипячении они разлагаются с образованием нерастворимого осадка — накипи, которую каждый видел в своём чайнике: $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$. Постоянная жёсткость вызвана другими солями — сульфатами и хлоридами кальция и магния, и для её устранения требуются специальные реагенты, например, кальцинированная сода ($Na_2CO_3$), которая осаждает ионы кальция: $CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$. Борьба с жёсткостью воды — важная техническая задача, так как накипь выводит из строя нагревательные приборы и ухудшает качество продукции во многих отраслях промышленности.

Но, пожалуй, главная роль кальция — это его участие в процессах жизнедеятельности. Он — основной строительный материал для костей и зубов живых организмов, входя в состав минерала гидроксиапатита $Ca_5(PO_4)_3(OH)$. Раковины моллюсков и панцири ракообразных состоят из карбоната кальция. Но кальций важен не только как структурный элемент. Ионы кальция $Ca^{2+}$ играют ключевую роль в важнейших биохимических процессах: они участвуют в передаче нервных импульсов, в механизме мышечного сокращения, в свёртывании крови и в регуляции работы многих ферментов. Кальций — это истинный металл жизни.

Таким образом, кальций, типичный щелочноземельный металл, является элементом с удивительной судьбой. Он одновременно и «камень», слагающий горы, и «кость», формирующая скелет. Он создаёт проблемы в виде накипи и в то же время является незаменимым участником самых тонких жизненных процессов. Изучение химии кальция и других щелочноземельных металлов — это не просто знакомство с очередной группой в таблице Менделеева, а постижение глубоких связей между неживой и живой природой.

Ответ: Сочинение на тему «Химия щелочноземельных металлов», посвященное кальцию и процессу жёсткости воды, представлено выше.

7. Почему в медицине для гипсовых повязок используют не гипс, а алебастр? Какой процесс происходит при наложении такой повязки?

Для ответа на этот вопрос важно понимать химическую разницу между природным гипсом и алебастром. Хотя в быту эти названия часто используются как синонимы, в основе их свойств лежит разный состав, что и определяет их применение.

Почему в медицине для гипсовых повязок используют не гипс, а алебастр?

Природный гипс — это минерал, который по своему химическому составу является дигидратом сульфата кальция ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$). Это вещество уже содержит максимально возможное количество кристаллизационной воды и является химически стабильным. Если порошок природного гипса смешать с водой, он не будет твердеть, а лишь образует суспензию.

Алебастр, который также называют жжёным гипсом или медицинским гипсом, получают путем термической обработки (обжига) природного гипса. При нагревании до температуры около 150–180°C гипс теряет значительную часть воды и превращается в полугидрат сульфата кальция ($CaSO_4 \cdot 0.5H_2O$).

Именно алебастр обладает ключевым свойством, необходимым для создания фиксирующих повязок: при смешивании с водой он активно присоединяет её обратно, превращаясь снова в стабильный дигидрат сульфата кальция (то есть в гипс). Этот процесс сопровождается быстрым затвердеванием (схватыванием) смеси. Таким образом, для повязок используют не природный минерал, а его обезвоженную форму — алебастр, который способен затвердевать.

Ответ: Используют алебастр (полугидрат сульфата кальция), потому что он, в отличие от природного гипса (дигидрата сульфата кальция), способен при смешивании с водой быстро затвердевать, образуя прочную и жесткую конструкцию, необходимую для фиксации костей.

Какой процесс происходит при наложении такой повязки?

При наложении гипсовой повязки происходит химический процесс, называемый гидратацией. Он состоит из нескольких этапов:

1. Бинты, пропитанные порошком алебастра ($CaSO_4 \cdot 0.5H_2O$), смачивают в воде.

2. Алебастр вступает в химическую реакцию с водой. В результате этой реакции полугидрат сульфата кальция снова превращается в дигидрат сульфата кальция (гипс), образуя твердые кристаллы. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$2(CaSO_4 \cdot 0.5H_2O) + 3H_2O \rightarrow 2(CaSO_4 \cdot 2H_2O)$

3. В ходе реакции образуются и хаотично переплетаются между собой мелкие игольчатые кристаллы гипса. Это приводит к тому, что изначально пластичная масса быстро (в течение 5–15 минут) застывает и превращается в прочный и твердый материал, который надежно фиксирует конечность.

4. Реакция гидратации является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла. Именно поэтому пациент ощущает, как повязка ощутимо нагревается во время застывания.

Ответ: При наложении повязки происходит экзотермическая реакция гидратации, в ходе которой алебастр (полугидрат сульфата кальция) реагирует с водой и превращается в твердый гипс (дигидрат сульфата кальция), образуя жесткую фиксирующую структуру и выделяя при этом тепло.