1. Приведите уравнения четырех различных реакций, при которых атомы кальция превращаются в ионы кальция.
Для превращения атомов кальция (Ca) в ионы кальция (Ca²⁺) необходима реакция, при которой кальций теряет два электрона. Ниже приведены примеры таких реакций:
1) Реакция кальция с кислородом:
[
2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO
]
В этой реакции кальций окисляется, превращаясь в ионы Ca²⁺, входящие в состав оксида кальция (CaO).
2) Реакция кальция с водой:
[
Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2↑
]
Кальций реагирует с водой, образуя гидроксид кальция ( Ca(OH)_2 ), где кальций находится в виде ионов Ca²⁺.
3) Реакция кальция с кислотой (например, соляной кислотой):
[
Ca + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2↑
]
В результате реакции образуется хлорид кальция (CaCl₂), в котором кальций находится в виде ионов Ca²⁺.
4) Реакция кальция с углекислым газом:
[
Ca + CO_2 \rightarrow CaO + C
]
Здесь кальций реагирует с углекислым газом, образуя оксид кальция (CaO), содержащий ионы Ca²⁺.
2. Почему воспрещено тушить воспламеняющийся металлический кальций водой?
Металлический кальций активно реагирует с водой, выделяя водород, который легко воспламеняется. Эта реакция протекает с выделением большого количества тепла, что может усилить горение. Уравнение реакции:
[
Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2↑
]
Таким образом, тушение кальция водой не только неэффективно, но и опасно, так как выделяющийся водород может вызвать взрыв или усиление пламени.
Для тушения металлического кальция применяют сухие сыпучие вещества, такие как песок, или специальные огнетушащие составы для щелочных и щелочноземельных металлов.
3. Приведите уравнения реакций, при которых происходит:
а) Окисление кальция (увеличение степени окисления):
[
2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO
]
Здесь кальций окисляется с ( 0 ) до ( +2 ), образуя оксид кальция.
б) Восстановление кальция (уменьшение степени окисления):
[
CaCl_2 + 2Na \rightarrow 2NaCl + Ca
]
В этом случае кальций восстанавливается из степени окисления ( +2 ) до ( 0 ), а натрий окисляется.
в) Степень окисления кальция не меняется:
[
CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2
]
Здесь степень окисления кальция остаётся равной ( +2 ).
4. Приведите примеры реакций, при которых происходят процессы, выраженные схемами:
1) ( Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 ):
Это реакция образования карбоната кальция, например:
[
CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3↓ + 2NaCl
]
2) ( CaCO_3 + ? \rightarrow Ca^{2+} + ? ):
Пример разложения карбоната кальция под действием кислоты:
[
CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2↑ + H_2O
]
Здесь карбонат кальция взаимодействует с соляной кислотой, образуя ионы кальция ( Ca^{2+} ), углекислый газ и воду.
5. Известняк содержал 94,4% ( CaCO_3 ), 1,6% ( MgCO_3 ) и около 4% других соединений, не являющихся карбонатами. Каково «содержание» (в процентах) ( CO_2 ) в этом известняке?
Рассчитаем массовую долю углекислого газа (( CO_2 )), содержащегося в известняке.
1) Молярные массы веществ:
- ( M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \, \text{г/моль} );
- ( M(MgCO_3) = 24 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \, \text{г/моль} );
- ( M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \, \text{г/моль} ).
2) Массовая доля ( CO_2 ) в карбонатах:
- В ( CaCO_3 ):
[
\frac{44}{100} \cdot 94,4 = 41,536\%
]
- В ( MgCO_3 ):
[
\frac{44}{84} \cdot 1,6 = 0,838\%
]
3) Общее содержание ( CO_2 ) в известняке:
[
41,536 + 0,838 = 42,374\%
]
Итак, содержание ( CO_2 ) в известняке составляет 42,37%.
6. К 10 мл раствора соли кальция добавили избыток раствора соды.
При добавлении избытка раствора соды (( Na_2CO_3 )) к раствору соли кальция (( CaCl_2 )), происходит образование осадка карбоната кальция (( CaCO_3 )):
[
CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3↓ + 2NaCl
]
В результате реакции образуется белый осадок карбоната кальция.
