Условие задачи

Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: Ca ⟶ CaH2 ⟶ Ca(OH)2 ⟶ CaCO3 ⟶ Ca(HCO3)2.

Решение

Наша задача относится к области неорганической химии (синтез реактивов). Нужно выписать последовательность реакций, начиная с металлического кальция и заканчивая кальций двууглекислым (бикарбонатом).

Рассмотрим каждое превращение по порядку.

1. Первая реакция: превращение Ca в CaH₂
Металлический кальций реагирует с водородом согласно уравнению

Ca + H₂ ⟶ CaH₂

Это прямое присоединение H₂ к кальцию (процесс проводится при высоких температурах).

2. Вторая реакция: превращение CaH₂ в Ca(OH)₂
Кальций гидрид подвергается гидролизу – реагирует с водой. При этом гидрид-анион превращается в гидроксид, а водород выделяется:

CaH₂ + 2H₂O ⟶ Ca(OH)₂ + 2H₂

Здесь на каждый атом кальция требуется две молекулы воды, чтобы образовался гидроксид и выделилось два молекулярных водорода.

3. Третья реакция: превращение Ca(OH)₂ в CaCO₃
Кальций гидроксид реагирует с углекислым газом (CO₂) с образованием карбоната кальция:

Ca(OH)₂ + CO₂ ⟶ CaCO₃ + H₂O

Это классическая реакция осаждения карбоната кальция.

4. Четвертая реакция: превращение CaCO₃ в Ca(HCO₃)₂
Карбонат кальция при наличии CO₂ и воды образует растворимый бикарбонат кальция. Реакция описывается следующим уравнением:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⟶ Ca(HCO₃)₂

При этом к иону CO₃²⁻ присоединяется ещё один фрагмент HCO₃⁻, что приводит к образованию соли с двумя бикарбонатными группами.

Таким образом, итоговая цепочка реакций выглядит так:

1) Ca + H₂ ⟶ CaH₂
2) CaH₂ + 2H₂O ⟶ Ca(OH)₂ + 2H₂
3) Ca(OH)₂ + CO₂ ⟶ CaCO₃ + H₂O
4) CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⟶ Ca(HCO₃)₂

Каждое уравнение составлено с учётом сохранения массы и заряда.