§ 38. Гидроксид кальция — гашеная известь

Определения и обозначения

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ — малорастворимое основание, состоящее из кальция и гидроксогрупп OH. Индекс 2 за скобками показывает, что таких групп в формуле две. Это вещество отличается от оксида кальция CaO: в его формуле нет гидроксогрупп, поэтому это другое соединение с другими свойствами.

Гашёная известь — бытовое название гидроксида кальция, который получают при взаимодействии негашёной извести с водой. Негашёная известь — это оксид кальция CaO, а не гидроксид. Различие названий помогает не перепутать исходное вещество с продуктом реакции.

Известковая вода — прозрачный насыщенный раствор гидроксида кальция в воде. Это не чистый гидроксид кальция, а смесь, в которой растворено максимально возможное при данных условиях количество вещества. Раствор используют, например, для обнаружения углекислого газа.

Известковое молоко — мутная взвесь нерастворившихся частиц гидроксида кальция в воде. Взвесь отличается от раствора тем, что содержит твёрдые частицы, распределённые в жидкости. Поэтому прозрачная известковая вода и известковое молоко — не одно и то же.

Как это устроено

Гидроксид кальция получают гашением оксида кальция водой: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. В ходе реакции возникает новое соединение, в котором кальций связан с гидроксогруппами. Реакция сопровождается выделением теплоты, поэтому смесь нагревается; при работе с ней нужно соблюдать осторожность и не допускать разбрызгивания.

Гидроксид кальция растворяется в воде лишь в небольшом количестве. Поэтому при добавлении вещества сначала часть его частиц переходит в раствор, а избыток остаётся в виде твёрдой взвеси. Если нерастворившиеся частицы отделить, например дать им осесть, сверху будет прозрачная известковая вода; если они остаются в жидкости, получается известковое молоко.

Часть растворённого гидроксида кальция распадается на ионы, в том числе на гидроксид-ионы OH⁻. Именно гидроксид-ионы определяют основные свойства раствора и взаимодействуют с индикаторами. Например, красный лакмус в щелочной среде становится синим, а фенолфталеин приобретает малиновую окраску; это помогает распознать основание.

При реакции с кислотой гидроксид кальция нейтрализует её: образуются соль и вода. Например, с соляной кислотой уравнение имеет вид Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O. Коэффициент 2 перед HCl нужен, чтобы число атомов водорода и хлора слева и справа совпадало.

Углекислый газ CO₂ — кислотный оксид, поэтому он реагирует с гидроксидом кальция с образованием соли и воды: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Карбонат кальция CaCO₃ нерастворим, поэтому появляется белый осадок и прозрачная известковая вода мутнеет. Это качественный признак CO₂. Если углекислого газа пропускать слишком долго, осадок может раствориться: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂, образуется растворимый гидрокарбонат кальция.

Свойства и применение гидроксида кальция

Таблица помогает связать формулу или условие реакции с тем, что можно наблюдать. Сначала найдите нужный признак, затем сравните уравнение и результат. Стрелка вниз возле CaCO₃ означает, что образуется осадок.

Разбор задач

Задача 1. Запишите уравнение получения гашёной извести из оксида кальция и назовите исходные вещества и продукт. Нужно определить, какое вещество реагирует с водой, а затем составить формулу гидроксида. После этого проверим, одинаково ли число атомов каждого элемента в обеих частях уравнения.

1. Исходные вещества — оксид кальция CaO и вода H₂O; продукт — гидроксид кальция Ca(OH)₂.
2. Записываем схему: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
3. Проверяем состав: слева и справа по одному атому Ca и O в составе CaO, два атома H и ещё один атом O из воды; число атомов уравнено.

Ответ: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; исходные вещества — оксид кальция и вода, продукт — гидроксид кальция.

Задача 2. Запишите реакции гидроксида кальция с соляной кислотой и углекислым газом, укажите, где образуется осадок. Сначала определим типы реакций: кислота с основанием даёт соль и воду, а кислотный оксид с основанием — соль и воду. Затем составим формулы продуктов и проверим баланс атомов.

1. Для реакции с HCl записываем Ca(OH)₂ + HCl → CaCl₂ + H₂O. Чтобы получить два атома хлора в CaCl₂ и уравнять водород, ставим коэффициент 2 перед HCl и H₂O.
2. Уравнение нейтрализации: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O.
3. Для реакции с CO₂ образуются CaCO₃ и H₂O: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Атомы всех элементов уже уравнены; стрелка вниз указывает на осадок.

Ответ: с соляной кислотой образуются хлорид кальция и вода, осадка нет. С углекислым газом образуются карбонат кальция и вода; осадок CaCO₃ выпадает во второй реакции.

Задача 3. При гашении 28 г CaO водой получили гидроксид кальция. Рассчитайте теоретическую массу продукта. Теоретическая масса — это масса, которая получилась бы при полном превращении оксида без потерь. По уравнению один моль CaO даёт один моль Ca(OH)₂, поэтому сначала найдём количество исходного вещества.

1. Записываем уравнение: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; соотношение веществ CaO и Ca(OH)₂ равно 1:1.
2. Находим молярные массы: M(CaO) = 56 г/моль, M(Ca(OH)₂) = 74 г/моль.
3. Количество CaO: n = m/M = 28/56 = 0,5 моль. Значит, образуется 0,5 моль Ca(OH)₂.
4. Находим массу продукта: m = nM = 0,5 × 74 = 37 г.

Ответ: теоретическая масса гидроксида кальция — 37 г. Проверка пропорцией даёт тот же результат: из 56 г CaO получается 74 г Ca(OH)₂, а из 28 г — вдвое меньше оксида и, соответственно, 37 г продукта.

Типичные ошибки

Ошибка — путать формулы CaO и Ca(OH)₂ или называть оба вещества гашёной известью. Так происходит, потому что названия отличаются всего одним словом и оба соединения содержат кальций. Проверка простая: негашёная известь — оксид CaO, гашёная — гидроксид Ca(OH)₂.

Ошибка — считать известковую воду взвесью. Прозрачную жидкость принимают за воду с частицами, хотя взвесь нерастворившегося вещества называется известковым молоком. Проверь себя по внешнему виду: прозрачность характерна для известковой воды, мутность — для взвеси.

Ошибка — полагать, что гидроксид кальция полностью растворяется в воде. Это предположение может возникнуть, если раствор и взвесь не различают по внешнему виду. Вспомни, что вещество малорастворимо: при избытке твёрдая часть остаётся в жидкости, и это можно заметить по мутности или осадку.

Ошибка — записать реакцию с CO₂ как Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ и забыть воду. Формулу осадка легко вспомнить, но уравнение должно учитывать все атомы исходных веществ. Проверь баланс: если в продуктах есть кальций, углерод и кислород, лишние атомы водорода и кислорода из гидроксида должны войти в состав воды.

Связь с другими темами

Для работы с гидроксидом кальция нужны знания о формулах оксидов, оснований и кислот, а также об уравнивании реакций. Его взаимодействие с кислотами связывает тему с нейтрализацией, а изменение окраски индикаторов помогает распознавать щелочную среду. Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ. Позже эти знания пригодятся при изучении растворимости оснований и солей, а также применения веществ в строительстве и сельском хозяйстве.

Что запомнить

• Формула гидроксида кальция — Ca(OH)₂.
• Гашёная известь образуется при взаимодействии CaO с водой.
• Гашение извести сопровождается выделением теплоты.
• Гидроксид кальция малорастворим в воде.
• Известковая вода — прозрачный раствор, известковое молоко — взвесь.
• Углекислый газ мутит известковую воду из-за образования CaCO₃.
• Кислота реагирует с гидроксидом кальция с образованием соли и воды.