Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §50

Важнейшие соединения кальция. Жесткость воды

Стр. 189

Вопросы

1. Какие свойства характерны для основных оксидов и оснований?

Основные оксиды и основания обладают щелочными свойствами и реагируют с кислотами, нейтрализуя их.

Основные оксиды — это оксиды металлов с валентностью +2 и +3. Они нерастворимы в воде (за исключением щелочноземельных металлов) и вступают в реакции:

— с кислотами:

(CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O)

— с кислотными оксидами (высокотемпературные реакции):

(CaO + CO₂ → CaCO₃)

Основания (гидроксиды) — это соединения металлов с гидроксид-ионом OH⁻.

— Растворимые основания называются щелочами и меняют цвет индикаторов (лакмус — синий, фенолфталеин — малиновый).

— Реагируют с кислотами, давая соль и воду:

(NaOH + HCl → NaCl + H₂O)

— Реагируют с кислотными оксидами:

(2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O)

— Некоторые основания разлагаются при нагревании (например, Cu(OH)₂ → CuO + H₂O)

Таким образом, общими свойствами для основных оксидов и оснований являются способность вступать в реакции нейтрализации с кислотами и взаимодействовать с кислотными оксидами.

Стр. 190

Лабораторный опыт

1. Ознакомление со свойствами и взаимопревращениями карбонатов и гидрокарбонатов

1. Через 2—3 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) пропустите оксид углерода(IV).

2. Продолжайте пропускать оксид углерода(IV) через раствор.

3. Пробирку с прозрачным раствором прокипятите.

Почему известковая вода мутнеет, если через неё пропускать оксид углерода(IV)?

Почему раствор опять становится прозрачным, если продолжать пропускать оксид углерода(IV)?

Объясните, почему при нагревании этого прозрачного раствора образуется осадок.

Когда через известковую воду — раствор гидроксида кальция Ca(OH)₂ — начинают пропускать оксид углерода(IV) (CO₂), происходит реакция образования малорастворимого карбоната кальция:

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O) — появляется осадок, раствор мутнеет.

Если продолжать пропускание CO₂, карбонат кальция взаимодействует с избытком углекислого газа и водой, образуя растворимый гидрокарбонат кальция:

(CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂) — осадок растворяется, раствор снова становится прозрачным.

При нагревании прозрачного раствора гидрокарбоната кальция он разлагается, выделяется углекислый газ и образуется снова нерастворимый карбонат кальция:

(Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O) — появляется осадок.

Стр. 193

Подумай, ответь, выполни

1. Какие превращения происходят с гашёной известью при использовании её в строительстве? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Гашёная известь — это гидроксид кальция (Ca(OH)₂), который в строительстве используют для приготовления известкового теста, известкового раствора и побелки. На воздухе гашёная известь реагирует с углекислым газом (CO₂), который содержится в атмосфере. В результате этой реакции образуется карбонат кальция (CaCO₃) — твёрдое вещество, которое придаёт прочность штукатурке и побелке.

Химическое уравнение:

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O)

Таким образом, при использовании гашёной извести в строительстве она претерпевает карбонизацию — превращается в карбонат кальция под действием углекислого газа из воздуха.

2. Почему жёсткую воду нельзя использовать для охлаждения двигателей машин? Ответ подтвердите уравнением реакции.

Жёсткая вода содержит растворимые гидрокарбонаты кальция и магния, например Ca(HCO₃)₂. При нагревании такие соли разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов (CaCO₃), воды и углекислого газа. Карбонат кальция выпадает в осадок и образует накипь на внутренних стенках трубок системы охлаждения. Эта накипь плохо проводит тепло и может вызвать перегрев двигателя, что делает использование жёсткой воды опасным для охлаждения.

Химическое уравнение:

(Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑)

Именно поэтому для охлаждения моторов машин необходимо использовать мягкую воду, из которой предварительно удалены соли кальция и магния.

3. Каковы основные способы устранения жёсткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Жёсткость воды обусловлена наличием растворимых солей кальция и магния. Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость.

Временная жёсткость устраняется:

1) Кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются:

(Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑)

(Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃↓ + H₂O + CO₂↑)

2) Добавлением гашёной извести:

(Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O)

(Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2CaCO₃↓ + 2H₂O)

Постоянная жёсткость устраняется с помощью соды:

(CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄)

(MgCl₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓ + 2NaCl)

Также применяются ионообменные смолы, которые заменяют ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ на ионы Na⁺ или H⁺.

4. Составьте уравнения реакций к схеме 18.

Согласно схеме 18, генетическая связь между кальцием и его соединениями выражается следующими уравнениями:

1. Кальций + кислород:

(2Ca + O₂ → 2CaO)

2. Оксид кальция + вода:

(CaO + H₂O → Ca(OH)₂)

3. Гидроксид кальция + углекислый газ:

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O)

4. Карбонат кальция + CO₂ + H₂O (длительное действие):

(CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂)

5. При нагревании:

(Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O)

6. Гидроксид кальция + хлор:

(2Ca(OH)₂ + 2Cl₂ → Ca(ClO)₂ + CaCl₂ + 2H₂O)

5. Поташ K₂CO₃, массой 2,76 г обработали раствором гашёной извести массой 2000 г. Вычислите массу гашёной извести, израсходованной на обработку поташа, и массовую долю (в процентах) Ca(OH)₂ в растворе.

Реакция между поташом и гашёной известью:

(K₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2KOH)

Найдём количество вещества поташа:

Mr(K₂CO₃) = 39×2 + 12 + 16×3 = 138 г/моль

n(K₂CO₃) = 2,76 г / 138 г/моль = 0,02 моль

По уравнению видно, что на 1 моль K₂CO₃ требуется 1 моль Ca(OH)₂, значит:

n(Ca(OH)₂) = 0,02 моль

Mr(Ca(OH)₂) = 40 + 17×2 = 74 г/моль

m(Ca(OH)₂) = 0,02 моль × 74 г/моль = 1,48 г

Массовая доля Ca(OH)₂ в растворе:

w = (m(Ca(OH)₂) / m(раствора)) × 100% = (1,48 г / 2000 г) × 100% = 0,074%

Ответ: масса израсходованной гашёной извести — 1,48 г; массовая доля Ca(OH)₂ в растворе — 0,074%.

Стр. 193

Тестовые задания

1. Расположите формулы оксидов в порядке усиления основных свойств.

1. MgO

2. BaO

3. SrO

4. CaO

Основные свойства оксидов усиливаются сверху вниз в группе IIА по мере увеличения атомного радиуса и уменьшения электроотрицательности. Порядок усиления основных свойств:

MgO < CaO < SrO < BaO

Правильный ответ: 1 → 4 → 3 → 2

2. Постоянная жёсткость воды обусловлена наличием

1. гидрокарбонатов кальция и магния

2. сульфатов и хлоридов кальция и магния

3. гипохлорита кальция

4. нитратов кальция и магния

Постоянная (некарбонатная) жёсткость воды вызвана присутствием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния, которые не устраняются кипячением.

Правильный ответ: 2) сульфатов и хлоридов кальция и магния

3. Для умягчения жёсткой воды нужно

1. добавить карбонат натрия и отфильтровать получившийся осадок

2. добавить растворимую соль кальция или магния

3. озонировать воду

Карбонат натрия реагирует с растворимыми солями кальция и магния, образуя нерастворимые карбонаты, которые можно отфильтровать. Это эффективный способ умягчения воды.

Правильный ответ: 1) добавить карбонат натрия и отфильтровать получившийся осадок

Стр. 193

С помощью Интернета

1. Найдите в Интернете информацию о применении гипса и подготовьте электронную презентацию на эту тему.

Применение гипса: универсальный материал от медицины до строительства

Гипс (CaSO₄·2H₂O) — это одно из самых широко используемых природных веществ, которое играет важную роль в самых разных отраслях жизни человека. Его уникальные физико-химические свойства, такие как способность быстро схватываться при добавлении воды, лёгкость обработки и безопасность для организма, делают гипс незаменимым материалом в строительстве, медицине, искусстве и даже в сельском хозяйстве.

В строительстве гипс используется для производства гипсовых штукатурок, шпаклёвок, гипсокартона и декоративных лепных изделий. Благодаря способности быстро твердеть, гипс идеально подходит для выполнения внутренних отделочных работ: выравнивания стен, создания перегородок, лепных украшений и барельефов. Он обеспечивает гладкую, прочную поверхность, легко поддаётся шлифовке и окрашиванию, а также обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Кроме того, гипс регулирует влажность в помещениях, поглощая излишки влаги и отдавая её при сухом воздухе, что делает микроклимат более комфортным.

Не менее важную роль гипс играет в медицине. Он используется для изготовления ортопедических повязок, гипсовых шин и слепков. После смешивания с водой гипс превращается в пасту, которая легко наносится на бинт и фиксирует повреждённые кости, обеспечивая их надёжную иммобилизацию. В стоматологии гипс применяют для изготовления слепков зубов, протезов и ортодонтических конструкций.

В художественном деле гипс служит материалом для изготовления скульптур, форм и моделей. Художники и скульпторы ценят его за пластичность, точность воспроизведения деталей и быстроту схватывания. Из гипса отливают бюсты, барельефы, декоративные панно, а также формы для керамики и стекла.

Гипс находит применение и в сельском хозяйстве. Он используется в качестве удобрения и мелиоранта на кислых почвах. Гипс способствует улучшению структуры почвы, снижает её кислотность и снабжает растения кальцием и серой — важными элементами для их роста и развития.

Также гипс применяется в производстве цемента, как компонент для регулирования сроков схватывания. В химической промышленности он используется при производстве серной кислоты, а в пищевой — как добавка (пищевая добавка E516) при изготовлении некоторых продуктов.

Таким образом, гипс — это действительно универсальный материал, который нашёл своё место практически во всех сферах человеческой деятельности. Благодаря своей доступности, экологичности и многофункциональности он остаётся незаменимым и востребованным на протяжении веков.