Формула карбоната кальция

Определение и формула карбоната кальция

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Карбонат кальция – кальциевая соль слабой угольной кислоты.

Формула – $CaCO_3$

Молярная масса равна $100,0869$ г/моль.

Физические свойства – белые кристаллы, находится в различных минералах (кальцит – тригональный, арагонит – ромбический).

Практически не растворяется в воде. Произведение растворимости $K_{sp} = 4,8 \cdot 10^{-9}$

Является главной составной частью известняка, мрамора, мела.

Плавится без разложения под избыточным давлением углекислого газа.

Химические свойства карбоната кальция

Не реагирует со щелочами. Разлагается кислотами:
$CaCO_3+2HCl=CaCl_2+CO_2 \uparrow +H_2O$
Взаимодействует с хлоридом аммония при нагревании:
$CaCO_3+2NH_4Cl=CaCl_2+2NH_3+H_2O+CO_2$
Переводится в раствор избытком $СO_2$ , образуется гидрокарбонат $Ca\left ( HCO_3 \right )_2$ (известный только в растворе), который определяет временную жесткость природных вод:
$CaCO_3+CO_2+H_2O=Ca\left ( HCO_3 \right )_2$
Вступает в реакцию с оксидом кремния:
$CaCO_3+SiO_2=CaSiO_3+CO_2$
При прокаливании $(900-1200^{\circ} \text{C})$ разлагается:
$CaCO_3=CaO+H_2O$

Получение

Карбонат кальция добывается их полезных ископаемых. Чистый $CaCO_3$ , необходимый для пищевой или фармацевтической промышленности, можно получить из мрамора. Альтернативный способ получения основывается на процессе кальцинации $CaO$ . При этом можно записать химические превращения сопровождающие его:

$CaO+H_2O=Ca\left ( OH \right )_2$

$Ca\left ( OH \right )_2+CO_2=CaCO_3+H_2O$

Применение

В пищевой промышленности карбонат кальция применяется в качестве белого пищевого красителя $Е170$ . Поскольку он входит в состав мела, то применяется для письма. Используется для побелки потолков, покраски стволов деревьев. Также данное вещество находит применение при производстве красок, резины, бытовой химии (зубной пасты), в строительстве (шпаклевки, герметики). Его используют как отбеливающее средство. Можно с уверенностью сказать, что одними из массовых потребителей карбоната кальция являются производители пластмассы, которые используют его в качестве наполнителя и красителя. Еще одна отрасль применения – его использование в очистительных системах.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Чему равно произведение растворимости $K_{sp}\left ( CaCO_3 \right )$ если в его насыщенном растворе содержится 0,00247 грамм кальция? Объем раствора $1$ литр.

Решение

Рассчитаем количество моль кальция $n\left ( Ca^{2+} \right )$ :

$n\left ( Ca^{2+} \right )=\frac{m\left ( Ca^{2+} \right )}{M\left ( Ca^{2+} \right )}=\frac{0,00247}{40,078}=6,164\cdot 10^{-5}$ моль

Найдем молярность ионов кальция в растворе:

$C_M\left ( Ca^{2+} \right )=\frac{n\left ( Ca^{2+} \right )}{V\left ( solution \right )}=\frac{6,164\cdot 10^{-5}}{1}=6,164\cdot 10^{-5}$ моль/л

Рассмотрим равновесие осадок-раствор:

$CaCO_3 \downarrow \leftrightarrows Ca^{2+}+CO_3^{2-}$

$\left [Ca^{2+} \right ]=\left [CO_3^{2-} \right ]=x$ — равновесная концентрация ионов при равновесии.

Запишем выражение для расчета произведения растворимости карбоната кальция:

$K_{sp}\left ( CaCO_3 \right )=\left [ Ca^{2+} \right ]\cdot \left [ CO_3^{2-} \right ]=x\cdot x=x^2$

Из расчета выше имеем:

$\left [ Ca^{2+} \right ]=6,164\cdot 10^{-5}$ моль/л

Из равновесия видно, что $\left [ Ca^{2+} \right ]=\left [ CO_3^{2-} \right ]$ .

Таким образом,

$K_{sp}\left ( CaCO_3 \right )=\left [ Ca^{2+} \right ]^{2}=\left ( 6,164\cdot 10^{-5} \right )^{2}=3,8\cdot 10^{-9}$

Ответ

$K_{sp}\left ( CaCO_3 \right )=3,8\cdot 10^{-9}$

ПРИМЕР 2

Задание

Чему равна стандартная энтропия образования $CaCO_3$ , если известно, что стандартное изменение энтальпии реакции $CaO_{solid}+CO_2_{gas}=CaCO_3_{solid}$ равно $-177,39$ кДж/моль.

Решение

Запишем выражение для стандартного изменения энтальпии реакции через стандартные энтальпии образования веществ:

$\Delta H_{298}^0=\Delta H_{f298}^0\left ( CaCO_{3} \right )_{solid}-\Delta H_{f298}^0\left ( CaO \right )_{solid}=\Delta H_{f298}^0\left ( CO_{2} \right )_{gas}$

Выразим стандартную энтальпию образования карбоната кальция:

$\Delta H_{f298}^0\left ( CaCO_{3} \right )_{solid}=\Delta H_{298}^0+\Delta H_{f298}^0\left ( CaO \right )_{solid}+\Delta H_{f298}^0\left ( CO_{2} \right )_{gas}$