Физические и химические свойства известняка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Известняк – горная порода осадочного происхождения, преимущественно состоящая из карбоната кальция в форме кальцита.

Химический состав выражается формулой – CaCO₃. Молярная масса – 100 г/моль.

Химические свойства основной составляющей известняка – карбоната кальция

Карбонат кальция – соединение нерастворимое в воде. При прокаливании разлагается на образующие его оксиды:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑.

Растворяется в разбавленных растворах кислот, в результате чего образуется неустойчивая угольная кислота (H₂CO₃), которая мгновенно разлагается на углекислый газ и воду:

CaCO₃ + 2HCl_dilute = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

Карбонат кальция реагирует со сложными веществами – кислотными оксидами, солями, аммиаком и др.:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ↔ Ca(HCO₃)₂;

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂↑ (t $^{\circ}$ );

CaCO₃ + 2NH₃ = CaCN₂ + 3H₂O (t $^{\circ}$ );

CaCO₃ + 2NH₄Cl_conc = CaCl₂ + 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O (кипение);

CaCO₃ + H₂S = CaS + H₂O + CO₂↑ (t $^{\circ}$ ).

Среди реакций взаимодействия карбоната кальция с простыми веществами наиболее важной является реакция взаимодействия с углеродом:

CaCO₃ + С = CaO + 2CO↑.

Физические свойства основной составляющей известняка – карбоната кальция

Карбонат кальция представляет собой твердые кристаллы белого цвета, практически нерастворимые в воде. Температура плавления – 1242 $^{\circ}$ С. Кальцит – минерал из которого состоит известняк обладает тригональной кристаллической структурой.

Получение известняка

Известняк — широко распространённая осадочная порода , образующаяся при участии живых организмов в морских бассейнах. Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения, структуру (например, оолитовые известняки), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический возраст (триасовые).

Применение известняка

Известняк широко применяется в качестве строительного материала, мелкозернистые разновидности используют для создания скульптур.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

какую массу негашеной извести можно получить из известняка массой 500 г, содержащего 20% примесей.

Решение

Негашеная известь – это оксид кальция (CaO), известняк – карбонат кальция (CaCO₃). Молярные массы оксида и карбоната кальция, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 56 и 100 г/моль, соответственно.

Запишем уравнение термического разложения известняка:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

Содержание чистого (без примесей) карбоната кальция в известняке:

ω(CaCO₃)_cl = 100% — ω_admixture = 100% — 20% = 80% = 0,8

Тогда, масса чистого карбоната кальция:

m(CaCO₃)_cl = m_limestone × ω(CaCO₃)_cl / 100%;

m(CaCO₃)_cl = 500 × 80 / 100% = 400 г

Количество вещества карбоната кальция равно:

n(CaCO₃) = m(CaCO₃)_cl / M(CaCO₃);

n(CaCO₃) = 400 / 100 = 4 моль

Согласно уравнению реакции n(CaCO₃): n(CaO) = 1:1, следовательно n(CaCO₃) = n(CaO) = 4 моль. Тогда, масса негашеной извести будет равна:

m(CaO) = n(CaO)×M(CaO);

m(CaO) = 4×56 = 224 г.

Ответ

Масса негашеной извести — 224 г.

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте объем 20%-го раствора соляной кислоты (ρ = 1,1 г/мл), необходимый для получения 5,6 л (н.у.) углекислого газа из известняка.

Решение

Запишем уравнение реакции:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

Рассчитаем количества вещества выделившегося углекислого газа:

n(CO₂) = V(CO₂) / V_m;

n(CO₂) = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

Согласно уравнению реакции n(CO₂): n(HCl) = 1:2, следовательно n(HCl) = 2 × n(CO₂) = 0,5 моль. Молярная масса соляной кислоты, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 36,5 г/моль. Тогда, масса соляной кислоты будет равна:

m(HCl) = n(HCl)×M(HCl);

m(HCl) = 0,5×36,5 = 18,25 г.

Масса раствора соляной кислоты будет равна:

m(HCl)_solution = m(HCl) / ω(HCl) / 100%;

m(HCl)_solution = 18,25 / 20 / 100% = 91,25 г.

Зная плотность раствора соляной кислоты (см. условие задачи), рассчитаем её требуемый объем:

V(HCl) = m(HCl)_solution/ ρ;

V(HCl) = 91,25/1,1 = 82,91 мл.