Карбонат кальция

Характеристики и физические свойства карбоната кальция

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Карбонат кальция в обычных условиях представляет собой вещество белого цвета (рис. 1), которое при прокаливании разлагается, однако плавится без разложения (условие – избыточное давление CO₂).

Практически не растворяется в воде.

Рис. 1. Карбонат кальция. Внешний вид.

Основные характеристики карбоната кальция приведены в таблице ниже:

Молекулярная формула	CaCO₃
Молярная масса, г/моль	100
Плотность, г/см³	2,74 – 2,83
Температура плавления, ^oС	825
Температура разложения, ^oС	900 – 1000
Растворимость в воде (25^oС), г/100 мл	0,0015

Получение карбоната кальция

Основной способ получения карбоната кальция заключается в смешивании твердого оксида кальция с водой — образуется так называемое известковое молоко. Так как гидроксид кальция немного растворяется в воде, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё диоксида углерода.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂;

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓.

Химические свойства карбоната кальция

Карбонат кальция — это средняя соль, образованная сильным основанием (гидроксид кальция Ca(OH)₂) и слабой кислотой (угольная H₂CO₃). В водном растворе он гидролизуется. Гидролиз протекает по аниону. Наличие анионов OH^— свидетельствует о щелочном характере среды.

CaCO₃↔ Ca²⁺ +CO₃^2-;

Ca²⁺ +CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^— + Ca²⁺ + OH^—;

CaCO₃ + HOH ↔ Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂↓.

Карбонат кальция взаимодействует с концентрированными растворами сильных минеральных кислот:

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

Он способен реагировать с щелочами в водных растворах:

CaCO₃ + 2NaOH_aq = Na₂CO₃ + Ca(OH)₂↓.

Взаимодействие карбоната кальция с другими солями возможно только если продукт взаимодействия выводится из реакционной среды:

CaCO₃ + 2NH₄Cl_con = CaCl₂ + 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O.

При нагревании данная соль разлагается:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ (t,^oС = 900 — 1000).

Пропускание диоксида углерода через раствор карбоната кальция приводит к образованию кислой соли – гидрокарбоната кальция:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ↔Ca(HCO₃)₂.

Применение карбоната кальция

Карбонат кальция нашел широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, например, его используют в пищевой (добавка Е710 – белый краситель) и бумажной промышленности, при производстве полимеров, лакокрасочных материалов, бытовой химии и т.д.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Вычислите массу карбоната кальция, который может прореагировать с концентрированным раствором соляной кислоты объемом 200 мл (массовая доля HCl 34%, плотность 1,168кг/л). Определите объем диоксида углерода, выделяющийся в результате этой реакции.

Решение

Запишем уравнение реакции:

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

Найдем массу раствора соляной кислоты, а также массу растворенного вещества HCl в нем:

m_solution =V_solution × ρ;

m_solution =0,2 × 1,168 = 0,2336 кг = 233,6 г.

ω = m_solute / m_solution × 100%;

m_solute = ω / 100% ×m_solution;

m_solute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×m_solution;

m_solute (HCl) = 34 / 100% × 233,6 = 79,424 г.

Рассчитаем количество моль соляной кислоты (молярная масса равна 36,5 г/моль):

n = m / M;

n(HCl) = m (HCl) / M (HCl);

n (HCl) = 79,424 / 36,5 = 2,176 моль.

Согласно уравнению реакции n (HCl) :n (CO₂) =2: 1. Значит,

n(CO₂) = ½ n(HCl) = ½×2,176 = 1,088моль.

Тогда, объем выделившегося диоксида углерода будет равен:

V = n × V_m;

V (CO₂) = n (CO₂) × V_m;

V (CO₂) = 1,088 × 22,4 = 24,37л.

Согласно уравнению реакции n(HCl) :n (CaCO₃) =2: 1. Значит,количество вещества карбоната кальция будет равно:

n (CaCO₃) = ½ ×n (NaOH) = ½× 2,176 = 1,088моль.

Тогда масса карбоната кальция, вступившего в реакцию будет равна (молярная масса – 100 г/моль):

m = n × M;

m (CaCO₃) = n (CaCO₃)× M (CaCO₃);

m (CaCO₃) = 1,088 × 100 = 108,8г.

Ответ

Масса карбоната кальция равна 108,8 г, объем диоксида углерода равен 24,37 л.

ПРИМЕР 2

Задание

Вычислите массу оксида кальция, который потребуется для получения карбоната кальция по реакции взаимодействия с диоксидом углерода массой 3,5 г.

Решение

Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кальция и диоксида углерода с образованием карбоната кальция:

CaO + CO₂ = CaCO₃↓.

Рассчитаем количество вещества диоксида углерода (молярная масса – 44 г/моль):

n = m / M;

n(CO₂) = m (CO₂) / M (CO₂);

n (CO₂) = 3,5 / 44 = 0,08 моль.

Согласно уравнению реакции n(CO₂) : n(CaO) = 1:1 . Тогда количество моль оксида кальция будет равно:

n (CaO) = n (CO₂) = 0,08 моль.

Найдем массу оксида кальция (молярная масса – 56 г/моль):

m = n × M;

m (CaO) = n (CaO) × M (CaO);

m (CaO) = 0,08 × 56 = 4,48 г.