Условие задачи
Составьте уравнения химических реакций, схемы которых даны ниже:1) Ca + … ⟶ CaSO4 + H22) SO3 + … ⟶ CaSO43) N2O5 + … ⟶ Ca(NO3)24) CaO + … ⟶ CaCO35) Ca(OH)2 + … ⟶ CaSO4 + H2O6) P2O5 + … ⟶ Ca3(PO4)2 + H2O
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии (уравнивание реакций, поскольку заданы схемы получения солей) с пояснениями и полным решением. Во всех формулах используются символы Unicode, без использования формата LaTeX.
─────────────────────────────
Задача состоит в составлении уравнений химических реакций, где реагируют элементы или соединения с определённым реактивом (кислотным ангидридом или основанием) с образованием солей. Рассмотрим каждую реакцию по отдельности.
─────────────────────────────
1) Реакция:
Ca + … ⟶ CaSO₄ + H₂
Комментарий. При взаимодействии металлического кальция с кислотой, содержащей сульфатную группу, обычно получают сульфат кальция и выделяется водород. В данном случае логично предположить, что реагент – это серная кислота, имеющая формулу H₂SO₄. Запишем уравнение:
Ca + H₂SO₄ ⟶ CaSO₄ + H₂
Проверка балансировки:
• Ca: 1 с обеих сторон.
• S: 1 (из H₂SO₄) и 1 (в CaSO₄).
• O: 4 в H₂SO₄ и 4 в CaSO₄.
• H: 2 в H₂SO₄, 2 в H₂.
Все атомы соблюдают закон сохранения массы.
─────────────────────────────
2) Реакция:
SO₃ + … ⟶ CaSO₄
Комментарий. Сульфур триоксид (SO₃) является кислотным ангидридом серной кислоты. Одним из способов получения сульфата кальция является его образование в реакциях между SO₃ и оксидами металлов. Обычно используют оксид кальция (CaO), так как реакция
CaO + SO₃ ⟶ CaSO₄
полностью сбалансирована и широко применяется в промышленности.
Проверка балансировки:
• Ca: 1 на левой (в CaO) и 1 в CaSO₄.
• S: 1 (в SO₃) и 1 в CaSO₄.
• O: 3 (в SO₃) + 1 (в CaO) = 4; в CaSO₄ 4 кислорода.
Таким образом, уравнение выглядит так:
SO₃ + CaO ⟶ CaSO₄
─────────────────────────────
3) Реакция:
N₂O₅ + … ⟶ Ca(NO₃)₂
Комментарий. Диаэтиллоновый пентаоксид (N₂O₅) является ангидридом азотной кислоты. При добавлении воды он превращается в 2HNO₃, которая затем может нейтрализоваться основанием.
Простой способ записать реакцию – провести реакцию нейтрализации с гидроксидом кальция (Ca(OH)₂). Для составления уравнения нейтрализации запишем:
Ca(OH)₂ + N₂O₅ ⟶ Ca(NO₃)₂ + H₂O
Проверим балансировку:
• Ca: 1 с обеих сторон.
• N: 2 в N₂O₅, 2 в Ca(NO₃)₂.
• O: слева 5 (N₂O₅) + 2 (из Ca(OH)₂) = 7; справа в Ca(NO₃)₂ – 2×3 = 6, плюс 1 в H₂O, итого 7.
• H: 2 в Ca(OH)₂ и 2 в H₂O.
Уравнение сбалансировано.
Таким образом, реакция примет вид:
Ca(OH)₂ + N₂O₅ ⟶ Ca(NO₃)₂ + H₂O
─────────────────────────────
4) Реакция:
CaO + … ⟶ CaCO₃
Комментарий. Оксид кальция (CaO) хорошо вступает в реакцию с углекислым газом (CO₂) с образованием карбоната кальция:
CaO + CO₂ ⟶ CaCO₃
Проверим балансировку:
• Ca: 1 и 1.
• C: 1 и 1.
• O: 1 (в CaO) + 2 (в CO₂) = 3, совпадает с 3 атомами кислорода в CaCO₃.
Уравнение составлено верно.
─────────────────────────────
5) Реакция:
Ca(OH)₂ + … ⟶ CaSO₄ + H₂O
Комментарий. Здесь снова рассматривается реакция между основанием и кислотным ангидридом. SO₃ (сульфур триоксид) при взаимодействии с гидроксидом кальция даёт сульфат кальция и воду. Получаем:
Ca(OH)₂ + SO₃ ⟶ CaSO₄ + H₂O
Проверка балансировки:
• Ca: 1 и 1.
• S: 1 (в SO₃) и 1 в CaSO₄.
• O: слева 2 (из Ca(OH)₂) + 3 (из SO₃) = 5; справа 4 (в CaSO₄) + 1 (в H₂O) = 5.
• H: 2 (из Ca(OH)₂) и 2 (в H₂O).
Уравнение сбалансировано.
─────────────────────────────
6) Реакция:
P₂O₅ + … ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + H₂O
Комментарий. Фосфорный ангидрид P₂O₅ при добавлении воды образует фосфорную кислоту (H₃PO₄). Для получения фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂ необходимо нейтрализовать кислоту основанием – гидроксидом кальция (Ca(OH)₂). Стандартный подход – составить сначала гидратацию ангида P₂O₅, а затем реакцию нейтрализации:
P₂O₅ + 3H₂O ⟶ 2H₃PO₄ (1)
2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O (2)
Если сложить (1) и (2) и сократить равные количества H₂O с обеих сторон, получим итоговую реакцию:
P₂O₅ + 3Ca(OH)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O
Проверка балансировки:
• Ca: слева 3, справа 3.
• P: слева 2, справа 2 (в составе фосфатного иона PO₄, где два таких иона).
• O: слева 5 (из P₂O₅) + 3×2 = 6 (из Ca(OH)₂) суммарно 11;
справа 2×4 = 8 (в Ca₃(PO₄)₂) + 3 (из H₂O) = 11.
• H: слева 3×2 = 6, справа 3×2 = 6.
Уравнение удовлетворяет закону сохранения массы.
─────────────────────────────
Ответ – искомые уравнения реакций:
1) Ca + H₂SO₄ ⟶ CaSO₄ + H₂
2) SO₃ + CaO ⟶ CaSO₄
3) Ca(OH)₂ + N₂O₅ ⟶ Ca(NO₃)₂ + H₂O
4) CaO + CO₂ ⟶ CaCO₃
5) Ca(OH)₂ + SO₃ ⟶ CaSO₄ + H₂O
6) P₂O₅ + 3Ca(OH)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O
─────────────────────────────
Таким образом, задача решена с использованием правил составления и балансировки уравнений химических реакций в неорганической химии.