"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Кальций образует оксид, гидроксид, карбонат и другие вещества, важные в природе и хозяйстве. Известняк при нагревании превращается в негашёную известь, а при добавлении воды она даёт гашёную известь с выделением тепла. Раствор гидроксида кальция помогает распознавать углекислый газ: от него раствор мутнеет. Карбонат кальция входит в состав мела, известняка и мрамора, а гипс используют в строительстве и медицине.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид кальция (негашёная известь) — соединение кальция с кислородом состава CaO. В нём на один атом кальция приходится один атом кислорода. Это твёрдое вещество используют для получения гашёной извести и в строительных производствах.
Гидроксид кальция (гашёная известь) — вещество состава Ca(OH)₂, которое получают действием воды на оксид кальция. В формуле две группы OH, потому что каждая из них имеет заряд −1, а ион кальция — заряд +2. Гидроксид нужен, например, для приготовления раствора, которым обнаруживают углекислый газ.
Карбонат кальция — соль с формулой CaCO₃. В природе он входит в состав известняка, мела и мрамора, хотя их строение и происхождение различаются. Это соединение служит сырьём для получения извести и применяется как строительный материал.
Гипс — природный минерал, основное вещество которого имеет состав CaSO₄·2H₂O. Это сульфат кальция с двумя молекулами воды в составе кристалла. Из гипса делают строительные смеси и медицинские повязки, которые твердеют после затворения водой.
Кальций — металл, атом которого легко отдаёт два внешних электрона и превращается в ион Ca²⁺. Поэтому в соединениях кальций обычно имеет степень окисления +2, а формулы составляют так, чтобы суммарный заряд вещества был равен нулю. Например, кислород в оксидах имеет заряд −2, и одному иону Ca²⁺ соответствует один ион O²⁻, поэтому формула оксида — CaO.
Оксид кальция получают обжигом известняка, то есть сильным нагреванием карбоната кальция. При нагревании частицы вещества начинают двигаться интенсивнее, и соединение распадается на оксид кальция и углекислый газ: CaCO₃ → CaO + CO₂. Газ покидает твёрдое вещество, поэтому реакция разложения приводит к получению негашёной извести.
Если к оксиду кальция добавить воду, образуется гидроксид кальция: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. В составе продукта есть ион Ca²⁺ и две гидроксид-группы OH⁻, поэтому в формуле обязательно стоят скобки и индекс 2. При реакции выделяется тепло: химические связи перестраиваются, и часть энергии переходит к окружающей смеси, нагревая её.
Гидроксид кальция растворяется в воде лишь в небольшом количестве. Прозрачный раствор этой части вещества называют известковой водой, а смесь воды с нерастворившимися частицами — известковым молоком: это раствор и взвесь, а не одно и то же. Если пропускать через известковую воду углекислый газ, возникает белый осадок CaCO₃, из-за которого жидкость мутнеет: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
Карбонат кальция при нагревании разлагается по той же реакции, которую используют для обжига известняка: CaCO₃ → CaO + CO₂. В природе CaCO₃ образует породы известняк, мел и мрамор. Углекислый газ при подходящих условиях может снова взаимодействовать с соединениями кальция с образованием карбоната, поэтому вещества участвуют в круговороте углерода.
| Соединение | Формула | Характерное свойство или реакция | Применение |
|---|---|---|---|
| Оксид кальция (негашёная известь) | CaO | С водой образует Ca(OH)₂ с выделением тепла | Получение гашёной извести, производство строительных материалов |
| Гидроксид кальция (гашёная известь) | Ca(OH)₂ | Раствор мутнеет при взаимодействии с CO₂ | Строительные смеси, известковая вода для обнаружения CO₂ |
| Карбонат кальция (известняк, мел, мрамор) | CaCO₃ | При нагревании разлагается на CaO и CO₂ | Строительство, изготовление извести и некоторых материалов |
| Гипс | CaSO₄·2H₂O | Минерал содержит кристаллизационную воду | Строительство, медицинские повязки |
Сначала сравнивайте формулы, чтобы отличать вещества с одним и тем же элементом кальцием. Затем сопоставляйте характерную реакцию и применение: по реакции можно понять, как вещество распознать или получить. Стрелка вниз у CaCO₃ обозначает осадок, который выпадает из раствора.
Задача 1. Запишите формулу оксида кальция и уравнение его взаимодействия с водой. Чтобы составить формулу оксида, учитываем, что кальций имеет валентность II, а кислород — тоже II. Значит, атомы соединяются в отношении 1:1.
Ответ: CaO; CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
Задача 2. При пропускании углекислого газа через известковую воду раствор помутнел. Запишите уравнение реакции и назовите осадок. Помутнение указывает на появление малорастворимого твёрдого вещества, поэтому нужно составить реакцию между гидроксидом кальция и углекислым газом.
Ответ: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O; осадок — карбонат кальция.
Задача 3. Какую массу оксида кальция можно получить при полном разложении 100 г карбоната кальция? Запишите уравнение реакции. Сначала найдём связь между количествами веществ по коэффициентам, а затем переведём её в массы с помощью молярных масс.
Ответ: 56 г CaO; CaCO₃ → CaO + CO₂.
Путают CaO и Ca(OH)₂, потому что оба вещества называют известью. Но у оксида в составе только кальций и кислород, а у гидроксида есть ещё водород; сверяйте формулу с названием и свойствами.
Записывают формулу гидроксида как CaOH, забывая, что группа OH имеет заряд −1. Ион кальция имеет заряд +2, поэтому для нейтрального соединения нужны две группы OH: Ca(OH)₂. Проверка зарядов помогает заметить пропущенный индекс и скобки.
Считают известковую воду и известковое молоко одним и тем же, потому что в обоих случаях гидроксид смешан с водой. Известковая вода — прозрачный раствор, а молоко — взвесь частиц, которые не растворились. Проверьте себя: если есть взвешенные частицы и смесь мутная, это не раствор.
Называют осадок при пропускании CO₂ через известковую воду гидроксидом кальция, поскольку именно он был в исходном растворе. Однако в реакции Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O образуется карбонат кальция. Сверяйте название осадка с продуктами уравнения: CaCO₃ — нерастворимый осадок.
Для понимания темы пригодятся знания об оксидах, основаниях и солях, а также правила составления формул по валентности и зарядам ионов. Разложение карбоната кальция связывает тему с круговоротом углерода: при нагревании выделяется CO₂, который может снова участвовать в образовании карбоната. Эти реакции важны при изучении природных ресурсов, строительных материалов и химических реакций разложения и обмена.
Почему оксид кальция называют негашёной известью?
Оксид кальция CaO получают обжигом известняка. Его называют негашёной известью, потому что при добавлении воды он превращается в гашёную известь — гидроксид кальция.
Чем гашёная известь отличается от известкового молока?
Гашёная известь — это гидроксид кальция Ca(OH)₂. Если он растворён в воде, получается известковая вода, а если нерастворившиеся частицы распределены в воде, образуется взвесь — известковое молоко.
Как распознать углекислый газ с помощью известковой воды?
Пропустите газ через известковую воду. Если это углекислый газ, раствор помутнеет: образуется нерастворимый карбонат кальция CaCO₃.
Почему при гашении извести выделяется тепло?
При реакции оксида кальция с водой образуется гидроксид кальция. В ходе этой химической реакции выделяется энергия в виде тепла, поэтому смесь нагревается.
Чем химически отличаются мел, известняк и мрамор?
Все три породы состоят преимущественно из карбоната кальция CaCO₃. Они отличаются происхождением, строением и примесями, а не основной химической формулой.
11. Соединения кальция
