116356 (592450), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

4. Физические свойства. Кальций – металл серебристо-белого цвета, очень легкий (ρ = 1,55 г./см³), как и щелочные металлы, но несравненно тверже их и имеет гораздо более высокую температуру плавления, равную 851 ⁰С.

5. Химические свойства. Подобно щелочным металлам кальций является сильным восстановителем, что схематически можно изобразить так:

Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. Как и щелочные металлы, металлический кальций обычно хранят под слоем керосина.

6. Применение. Благодаря большой химической активности металлический кальций применяют для восстановления некоторых тугоплавких металлов (титан, цирконий и др.) из их оксидов. Кальций используют также в производстве стали и чугуна, для очистки последних от кислорода, серы и фосфора, для получения некоторых сплавов, в частности, свинцово-кальциевых, необходимых для изготовления подшипников.

7. Важнейшие соединения кальция, получаемые в промышленности.

Оксид кальция получают в промышленности обжигом известняка:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Оксид кальция – тугоплавкое вещество белого цвета (плавится при температуре 2570 ⁰С), обладает химическими свойствами, присущими основным оксидам активных металлов (I, табл. II, с. 88) [14].

Реакция оксида кальция с водой протекает с выделением большого количества теплоты:

CaO + H₂O ═ Ca (OH)₂ + Q

Оксид кальция является основной составной частью негашеной извести, а гидроксид кальция – гашеной извести.

Реакция оксида кальция с водой называется гашением извести.

Оксид кальция применяется в основном для получения гашеной извести.

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ имеет большое практическое значение. Он применяется в виде гашеной извести, известкового молока и известковой воды.

Гашенная известь – тонкий рыхлый порошок, обычно серого цвета (составная часть гидроксида кальция), немного растворим в воде (1,56 г. растворяется в 1 л воды при 20 ⁰С). Тестообразную смесь гашенной извести с цементом, водой и песком применяют в строительстве. Постепенно смесь твердеет:

Ca (OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O

Известковое молоко – взвесь (суспензия), похожая на молоко. Она образуется при смешивании избытка гашеной извести с водой. Применяют известковое молоко для получения хлорной извести, при производстве сахара, для приготовления смесей, необходимых в борьбе с болезнями растений, для побелки стволов деревьев.

Известковая вода – прозрачный раствор гидроксида кальция, получаемый при фильтровании известкового молока. Используют ее в лаборатории для обнаружения оксида углерода (IV):

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O

При длительном пропускании оксида углерода (IV) раствор становится прозрачным:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Если полученный прозрачный раствор гидрокарбонатного кальция нагревают, то снова происходит помутнение:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O + CO₂ ↑

Подобные процессы протекают также и в природе. Если вода содержит растворенный оксид углерода (IV) и действует на известняк, то некоторая часть карбоната кальция превращается в растворимый гидрокарбонат кальция. На поверхности раствор согревается, и из него вновь выпадает карбонат кальция.

* Большое практическое значение имеет хлорная известь. Она получается при реакции гашеной извести с хлором:

0 +1 -1

2 Ca(OH)₂ + 2 Cl₂ → Ca(ClO)₂ + CaCl₂ + 2H₂O

Действующей составной частью хлорной извести является гипохлорит кальция. Гипохлориты подвергаются гидролизу. При этом выделяется хлорноватистая кислота. Хлорноватистую кислоту из ее соли может вытеснить даже угольная кислота:

Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O → CaCO₃ ↓+ 2 HClO

2 HClO → 2 HCl + O₂ ↑

Это свойство хлорной извести широко используют для отбеливания, дезинфекции и дегазации.

8. Гипс. Различают следующие виды гипса: природный – CaSO₄ ∙ 2H₂O, жженый – (CaSO₄)₂ ∙ H₂O, безводный – CaSO₄.

Жженый (полуводный) гипс, или алебастр, (CaSO₄)₂ ∙ H₂O получают при нагревании природного гипса до 150–180 ⁰С:

2 [CaSO₄ ∙ 2H₂O] → (CaSO₄)₂ ∙ H₂O + 3H₂O ↑

Если смешать порошок алебастра с водой, то образуется полужидкая пластическая масса, которая быстро твердеет. Процесс затвердевания объясняется присоединением воды:

(CaSO₄)₂ ∙ H₂O + 3H₂O → 2 [CaSO₄ ∙ 2H₂O]

Свойство жженого гипса затвердевать используют на практике. Так, например, алебастр в смеси с известью, песком и водой применяют в качестве штукатурки. Из чистого алебастра изготавливают художественные изделия, а в медицине его используют для накладывания гипсовых повязок.

Если природный гипс CaSO₄ ∙ 2H₂O нагревать при более высокой температуре, то выделяется вся вода:

CaSO₄ ∙ 2H₂O → CaSO₄ + 2H₂O↑

Образовавшийся безводный гипс CaSO₄ уже не способен присоединить воду, и поэтому его назвали мертвым гипсом.

Жесткость воды и способы ее устранения.

Всем известно, что в дождевой воде мыло хорошо пенится (мягкая вода), а в ключевой – обычно плохо (жесткая вода). Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция и магния. Эти соли образуют с мылом нерастворимые соединения. Такая вода непригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как при нагревании жесткой воды на стенках охладительных систем образуется накипь. Накипь плохо проводит теплоту; поэтому возможен перегрев моторов, паровых котлов, кроме того, ускоряется их изнашивание.

Какие бывают виды жесткости?

Карбонатная, или временная, жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. Ее можно устранить следующими способами:

1) кипячением:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O + CO₂ ↑

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ ↓ + H₂O + CO₂ ↑

2) действием известкового молока или соды:

Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃ ↓ + 2H₂O

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ ↓ + 2NaHCO₃

Ca²⁺ + 2 HCO₃ ^- + 2 Na⁺ + CO₃^2- → CaCO₃ ↓ + 2 Na⁺ + 2HCO₃^-

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃ ↓

Некарбонатная, или постоянная, жесткость обусловлена присутствием сульфатов и хлоридов кальция и магния.

Ее устраняют действием соды:

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃ ↓ + Na₂SO₄

MgSO₄ + Na₂CO₃ → MgCO₃ ↓ + Na₂SO₄

Mg²⁺ + SO₄^2- + 2Na⁺ + CO₃^2- → MgCO₃ ↓ + 2Na⁺ + SO₄^2-

Mg²⁺ + CO₃^2- → MgCO₃ ↓

Карбонатная и некарбонатная жесткости в сумме составляют общую жесткость воды.

IV. Закрепление знаний (5 мин.)

1. На основе периодической системы и теории строения атомов поясните, какие свойства магния и кальция являются общими. Составьте уравнения соответствующих реакций.

2. Какие минералы содержат кальций и как их используют?

3. Расскажите, как отличить один природный минерал от другого.

V. Домашнее задание (3 мин.)

Ответьте на вопросы и выполните упражнения 1–15, § 48,49, решите упражнения 1–4, стр. 132–133 [14].

Именно таким образом выглядит план урока в школе по теме «Кальций и его соединения».

Исходя из вышеизложенного, очевидна необходимость наполнения школьного курса химии экологическим содержанием. Результаты проделанной работы будут изложены в третьей главе.

3. Использование экологических знаний при изучении темы «Кальций и его соединения

Бесспорно, что сегодня образованному человеку не обойтись без экологических знаний. В общеобразовательных учреждениях проблема решается введением дисциплины «Экология». В случае, когда это невозможно, вопрос решается через экологизацию школьных дисциплин. На уроках химии учитель поднимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможные пути их решения.

Вашему вниманию представляется урок на тему: «Кальций и его соедирнения», наполненный экологическим содержанием, позволяющий оценить важную роль перспективы развития экологического воспитания школьников, выявить взаимосвязь между изучаемым объектом и окружающей средой, а также определить роль уроков химии при формировании экологической самосознания школьников, их способности применять знания и навыки для достижения основной цели экологии – охраны окружающей природной среды.

3.1 Урок по теме «Кальций и его соединения» в 9-ом классе с. Карасу, позволяющий развить экологическое сознание школьников

Цель урока: познакомить учащихся с основными способами получения кальция и его соединений, возможностями применения соединений кальция, показать необходимость контроля содержания ионов кальция и магния в питьевых и сточных водах и обозначить значимость кальция как биогенного элемента.

Задачи обучения: сформировать понятие кальций, соединения кальция, расширить представление о способах применения различных минералов, содержащих кальций, в промышленности. Развить экологическое сознание и воспитание школьников, дать возможность ученику понять необходимость изучения экологических проблем для дальнейшего предотвращения загрязнения окружающей природной среды.

Задачи развития: продолжить развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с дополнительной информацией. Развить экологическое сознание школьников, заложить в основу воспитания представления о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе.

Задачи воспитания: продолжить экологическое воспитание школьников.

Ход урока

1. Организационный момент (1–2 мин.)

– посадка детей;

– проверка принадлежностей;

– отметка отсутствующих и т.д.

II. Опрос домашнего задания (10 мин.)

1. Какие щелочные металлы Вы можете назвать?

2. Какое положение они занимают в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

3. Как получают натрий и калий?

4. Щелочные металлы являются сильными восстановителями или окислителями?

5. Какое место занимает кальций и магний в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

6. Где в промышленности применяют гидроксиды натрия и калия?

7. Какую степень окисления проявляет кальций и магний в соединениях?

III. Изучение нового материала (20 мин.)

1. Характеристика магния и кальция. Соединения кальция.

Таблица 1. Схема строения атомов магния и кальция

Химический знак	Размещение электронов по энергетическим уровням	Электронная формула
Mg	+12 Mg 2e-, 8e-, 2e-	1s2 / 2s22p6 / 3s2
Ca	+20 Ca 2e-, 8e-, 8e-, 2e-	…3s23p63d0 / 4s2

Положение магния и кальция в периодической системе и строение их атомов. Магний и кальций в периодической системе находятся в главной подгруппе группы. Схемы строения их атомов представлены в таблице. Как видно из схемы, последние два электрона у атомов магния и кальция расположены на наружном энергетическом уровне. Этим и объясняется, что магний и кальций во всех соединениях проявляют степень окисления +2.

2. Нахождение в природе.

По распространенности в земной коре кальций занимает пятое место – его содержание составляет 3,38% по массе. Кальций встречается только в виде соединений, чаще всего солей кислородсодержащих кислот. Известно около 400 минералов, содержащих данный элемент. Наиболее распространенны различные силикаты и алюмосиликаты, в частности анортит Ca₃[Al₂Si₂O₈], диопсид CaMg[SiO₆], волластонид Ca[Si₃O₉], также промышленное значение имеют кальцит (известняк, мрамор, мел) CaCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂ фосфорит Ca₅(PO₄)₃(OH, CO₃), апатиты Ca₅(PO₄)₃(F, Cl), гипс CaSO₄ ∙ 2 H₂O, флюорит CaF₂ и др. Значительное количество кальция находится в природных водах вследствие существования глобального карбонатного равновесия между практически нерастворимым карбонатом кальция, хорошо растворимым гидрокарбонатом кальция и находящимся в воде и воздухе диоксиде углерода. Заметное количество кальция содержится в организме человека и животных, в частности, гидроксилапатит – в костной ткани позвоночных, карбонат кальция – в раковинах моллюсков, яичной скорлупе.

Характеристики

Список файлов ВКР