Powtórzenie materiału do sprawdzianu – skały i minerały I. Minerały

Powtórzenie materiału do sprawdzianu – skały i minerały
I.
Minerały i skały
1. Minerały - pierwiastki w stanie wolnym lub związki chemiczne, które występują przyrodzie i
powstały w wyniku naturalnych procesów chemicznych (bez udziału człowieka)
Przykłady ważniejszych minerałów występujących w skorupie ziemskiej
Pierwiastki:
 S – siarka
 Au – złoto
 Ag – Srebro
 Pt – platyna
 C – węgiel (odmiany
alotropowe węgla –
diament i grafit)
Związki chemiczne:
 SiO2 – krzemionka/kwarc – tlenek krzemu(IV)
 CaCO3 – kalcyt/wapń – węglan wapnia
 MgCO3 - magnezyt – węglan magnezu
 NaCl – halit – chlorek sodu
 CaSO4 – anhydryt – siarczan(VI) wapnia
 Al2O3 – korund – tlenek glinu
 NaNO3 – saletra chilijska – azotan(V) sodu
 KNO3 – saletra indyjska – azotan(V) potasu
 Ca(NO3)2 – saletra norweska – azotan(V) wapnia
 Ca3(PO4)2 – apatyt – ortofosfosforan(V) wapnia
 KCl - kainit – chlorek potasu (sól potasowa)
2. Skały – powstały w wyniku procesów geologicznych i są naturalnymi skupiskami minerałów
Przykłady ważniejszych skał występujących w przyrodzie
Skały zawierające Kalcyt (CaCO3) :
 Wapień,
 Kreda
 Marmur
Magnezyt (MgCO3) :
 Dolomit
Skały zawierające
CaSO4 :
 Anhydryt
(CaSO4)
 Gips
(CaSO4∙2H2O)
 Alabaster –
odmiana gipsu
Skały
zawierające
apatyt –
Ca3(PO4)2:
 Fosforyt
3. Właściwości fizyczne i zastosowanie w gospodarce – patrz podręcznik.
Skały zawierające
związki krzemu:
- SiO2
 Kwarc
(piasek,
kryształ
górski,
ametyst, agat,
cytryn)
- glinokrzemiany
(skalenie – ortoklaz )
 Granit
4. Właściwości chemiczne
 Identyfikacja skał węglanowych (zawierających kalcyt lub magnezyt)
 Kwas węglowy jest kwasem bardzo słabym i jest łatwo wypierany z soli przez kwasy
mocniejsze [octowy – CH3-COOH, chlorowodorowy - HCl, siarkowy(VI) – H2SO4],
 Kwas H2CO3 jest również kwasem nietrwałym i ulega rozkładowi na gazowy CO2 i
H2O, reakcja przebiega wg równania: H2CO3  H2O + CO2 ↑
 W reakcji mocniejszego kwasu na sole kwasu węglowego wydziela się obficie
bezbarwny i bezwonny gaz (pienie się reagentów w probówce)
Przykładowe zad. 1
W 6 nieoznakowanych probówkach umieszczone 4 różne substancje stałe o barwie białej:
kwarc, anhydryt, apatyt, wapno palone, kalcyt i magnezyt. Dobierz odczynnik i zaproponuj
doświadczenie (opis lub schemat) umożliwiające identyfikacje kalcytu, podaj obserwacje,
zapisz odpowiednie równania reakcji chemicznych, skorzystaj z tabeli rozpuszczalności.
Przykładowe rozwiązanie:
 Dobrany odczynnik : H2SO4
 Do każdej probówki z w/w związkami należy dodać roztwór kwasu siarkowego(VI)
 Kalcyt znajduje się w probówce gdzie po dodaniu kwasu zaobserwowano wydzielanie się
bezbarwnego i bezwonnego gazu i powstanie białego osadu.
 SiO2 + H2SO4  reakcje nie zachodzi,
 CaSO4 + H2SO4  Ca2+ + 2HSO4- (powolne roztworzenie białej substancji),
 CaO + H2SO4  CaSO4↓ + H2O (reakcja zachodzi ale zmiany są niezauważalne),
 CaCO3 + H2SO4  CaSO4↓ + CO2↑ + H2O (wydziela się obficie bezbarwny
i bezwonny gaz ale pozostaje biały osad),
 Ca3(PO4)2 + 3H2SO4  3CaSO4↓ + 2H3PO4 (reakcja zachodzi i brak objawów
reakcji)
 MgCO3 + H2SO4  Mg2+ + SO42- + CO2↑ + H2O (reakcja zachodzi, wydziela się
bezbarwny i bezwonny gaz ale następuje rozpuszczenie jednego z produktów reakcji
i powstanie bezbarwnego roztworu).
Przykładowe zad.2
Rośliny do wzrostu i rozwoju potrzebuje makroskładników (N, P, K, Ca, Mg), które
pobiera z roztworu glebowego. W intensywnej produkcji roślinnej stosuje się nawozy
mineralne, którymi mogą być przetworzone mechaniczne niektóre skały lub minerały.
Spośród skał/minerałów wskaż te, które mogą być źródłem
A) dwóch makroskładników
B) jednego makroskładnika
Przykładowe rozwiązanie:
 Dwuskładnikowe: saletra norweska Ca(NO3)2 , saletra indyjska (KNO3),
apatyt Ca3(PO4)
 Jednoskładnikowe: saletra chilijska NaNO3; magnezyt MgCO3,
kreda CaCO3.
 Rozkład termiczny skał węglanowych i usuwanie wody krystalicznej z soli uwodnionych
– hydratów
 Sole kwasu węglowego są nietrwałe i wyniku prażenia (termiczny rozkład) ulegają
rozkładowi do odpowiedniego tlenku metalu i tlenku węgla(IV)
 Hydraty – sole uwodnione w wyniku prażenia ulegają dehydratacji – częściowemu
lub całkowitemu odwodnieniu z ewentualną zmianą barwy (np. CuSO4 ∙ 5H2O ma
barwę niebieską, a CuSO4 – jest bezbarwny, CoCl2 ∙ 6H2O – ma barwę czerwoną,
a CoCl2 – ma barwę granatową)
Przykładowe zad. 3
Zapisz równanie reakcji termicznego rozkładu kalcytu – otrzymywania wapna palonego
oraz oblicz ile kilogramów tego minerału należy rozłożyć aby otrzymać 100kg wapna
palonego.
Rozwiązanie:
T




CaCO3  CaO + CO2
(do wykonania drugiej części zadania niezbędna jest umiejętność obliczania masy
cząsteczkowej = suma mas atomowych pierwiastków w cząsteczce związku)
 mczCaCO3 = mat Ca + mat C + 3matO = 40u + 12u + 3 ∙ 14u = 100u
 mczCaO = matCa + matO = 40u + 16u = 56u
 mczCO2 = matC + 2matO = 12u + 2 ∙ 16u = 44u
interpretacja masowa równania reakcji chemicznej;
 CaCO3

CaO
+
CO2
100u

56u
+
44u
100g

56g
+
44g
100kg

56kg
+
44kg
Obliczenie z wykorzystaniem proporcji
100kg CaCO3
56kg CaO
x
100kg CaO
x
= 178,57kg CaCO3
Przykładowe zad. 4
Prażeniu (paleniu) poddano próbkę gipsu o masie 200g, jednym z produktów reakcji
jest woda a drugim jest gips palony. Oblicz masę otrzymanego gipsu palonego.
Rozwiązanie: (oblicz masy cząsteczkowe jak w zad.3)
T

2CaSO4 ∙ 2H2O  (CaSO4)2 ∙ H2O + 3H2O
2 ∙ 172g
 290g
54g
344g
290g
200g
x
x
= 168,6g gipsu palonego
 Bierność chemiczna kwarcu (SiO2)
 Kwarc jest bierny chemicznie, stąd większość odczynników chemicznych jest
przechowywana w naczyniach szklanych, jak i również aparatura chemiczna
jest wykona ze szkła. Wyjątek stanowi kwas fluorowodorowy i wodne
roztwory mocnych zasad (litowców i wapniowców), związki te reagują
z kwarcem – proces trawienia
 Produktem reakcji kwarcu z kwasem fluorowodorowym jest czterofluorek
krzemu, a produktami reakcji z silnymi zasadami litowców są rozpuszczalne
w wodzie odpowiednie metakrzemiany(IV) lub ortokrzemiany(IV).
Przykładowe zad. 5
Zapisz równania reakcji wykazujące, że mocne zasady i kwas fluorowodorowy nie mogą
być przechowywane w naczyniach szklanych (przechowuje się je w pojemnikach
z tworzyw sztucznych), w rozwiązaniu zadania wykorzystaj tabelę rozpuszczalności.
Rozwiązanie:
 SiO2 + 4HF  SiF4↑ + 2H2O
 SiO2 + 2K+ + 2OH-  2K+ + SiO32- + H2O
II.
Przeróbka skał i minerałów i ich zastosowanie
1. Zastosowanie kwarcu (krzemionki):
 Produkcja szkła przez stapianie z dodatkiem węglanu sodu i węglanu wapnia, szkło
jest mieszaniną (kwarcu, metakrzemianu sodu i wapnia) bezpostaciową o
nieporządkowanej strukturze wewnętrznej i bez ściśle określonej temp. topnienia,
 Szkło barwne otrzymuje się przez dodanie barwnych tlenków metali w trakcie
spiekania: zielone – Cr2O3; niebieskie – CoO; fioletowe – NiO; czerwone Cu2O;
mleczne – SnO; żółte-brązowe – Fe2O3.
 Składnik zaprawy wapiennej, w mieszaninie w wapnem gaszonym i wodą
Przykładowe zad. 6
Zapisz równania reakcji chemicznych, które zachodzą:
a) w trakcie produkcji szkła krzemionkowego – do wyrobu szyb, naczyń szklanych
i elementów optycznych,
b) twardnienia (wiązania) zaprawy wapiennej
Rozwiązanie:
a) Skład mieszaniny reakcyjnej: SiO2 + Na2CO3 + CaCO3
 SiO2 + 2NaCO3  Na2SiO3 + 2CO2↑
 SiO2 + CaCO3  CaSiO3 + CO2↑
b) Skład mieszaniny reakcyjnej SiO2 + Ca(OH)2
 SiO2 + Ca(OH)2  CaSiO3↓ + H2O
2. Zastosowanie wapna palonego
 Wapno palonego przed użyciem do sporządzenia zaprawy wapiennej poddaje się
gaszeniu, w reakcji z wodą powstaje ciasto wapienne (wodorotlenek wapnia) o
właściwościach żrących, ciasto wapienne może być również stosowane do bielenia
ścian pełniąc jednocześnie środka odkażającego.
 Pod wpływem CO2 zawartego w powietrzu atmosferycznych następuje wiązanie
zaprawy (twardnienie)
Przykładowe zad. 7
Oblicz, w jakim stosunku masowym nalży wymieszać wapno palone z wodą aby
całkowicie przeprowadzić proces gaszenia.
Rozwiązanie: (patrz zadanie 3 i 4)
 CaO + H2O  Ca(OH)2
56g + 18g  74g
 m CaO : m H2O = 56g : 18g = 14 : 4,5
Przykładowe zad. 8
Zapisz równania reakcji chemicznych, które zachodzą w trakcie wiązania (twardnienia)
zaprawy murarsko-tynkarskiej jeżeli jest ona mieszaniną: kwarcu, wapna gaszonego
i wody.
Rozwiązanie:
 SiO2 + Ca(OH)2  CaSiO3↓ + H2O
 Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O
3. Zastosowanie gipsu palonego
 W budownictwie stosuje się gips budowlany zawierający praktycznie wyłącznie gips
palony, jest to zaprawa szybko wiążąca,
 Oprócz gipsu budowalnego, do wykonywania gładzi tynkowych stosuje się gips
szpachlowy, który zawiera domieszki wapna gaszonego i węglanu wapnia, proces
twardnienia jest znacznie wolniejszy niż w przypadku gipsu budowlanego.
Przykładowe zad. 9
Zapisz równania reakcji chemicznych zachodzących w trakcie wiązania gipsu
budowalnego i gipsu szpachlowego i wyjaśnij przyczyny wolniejszego procesu
wiązania gipsu szpachlowego.
Rozwiązanie:
 Gips budowlany: (CaSO4)2∙H2O + 3H2O  2CaSO4 ∙ 2H2O
 Gips szpachlowy: (CaSO4)2∙H2O + 2H2O + Ca(OH)2 + CO2 
 2CaSO4 ∙ 2H2O + CaCO3 (proces wiązania spowolniony jest procesem
twardnienia zaprawy wapiennej pod wpływem CO2 zawartego w powietrzu
atmosferycznym, część wody niezbędna do krystalizacji gipsu powstaje w
trakcie twardnienia zaprawy wapiennej).
Przykładowe zad. 10
Oblicz, ile gramów wody należy dodać aby całkowicie utwardzić 0,5kg gipsu palonego.
Rozwiązanie: (skorzystaj z informacji z zad 3 i 4)

(CaSO4)2∙H2O + 3H2O  2CaSO4 ∙ 2H2O
290g
+ 3 ∙ 18g  344g
290g ---------------------- 54g wody
500g ---------------------- x
__________________________
x
93g wody
III.
Zjawisko krasu
Proces wietrzenia chemicznego skał węglanowych pod wpływem wody i rozpuszczonych
w niej tlenków kwasowych – głównie CO2.
 Kalcyt i magnezyt są związkami praktycznie nierozpuszczalnymi w wodzie
 W wyniku oddziaływana wody i CO2 minerały węglanowe przechodzą w
wodorowęglany, które są rozpuszczalne w wodzie
 Przechodzące od roztworu kationy wapnia i magnezu nadaje wodzie twardość
węglanową (przemijającą)
 CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO3 MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg2+ + 2HCO3-
IV.
Procesy wieloetapowe
Przykład zad. 11
Zapisz równania reakcji chemicznych przedstawionych na poniższym schemacie
dobierając ewentualnie drugi substrat i warunki reakcji.
A)
d
CaCO3
a
CaO
b
Ca(OH)2
c
Rozwiązanie:
T
a)
b)
c)
d)
CaCO3  CaO + CO2
CaO + H2O  Ca(OH)2
SiO2 + Ca(OH)2  CaSiO3↓ + H2O
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O
B)
SiO2
c
Na2SiO3
a
SiF4
b
CaSiO3
Rozwiązanie:
a)
b)
c)
d)
SiO2 + 4HF  SiF4↑ + 2H2O
SiO2 + Ca(OH)2  CaSiO3↓ + H2O
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
SiF4 + 2H2O  SiO2 + 2H2O
d
SiO2
CaSiO3
V.



Właściwości gleby i jej ochrona
1. Odczyn i pH gleby
 pH jest to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia molowego kationów
wodorowych w roztworze: pH = - log[H
[H+] = 10-5mol/dm3
to pH = -log 10-5 = 5 ; odczyn kwasowy
[H+] = 10-8mol/dm3
to pH = -log 10-8 = 8; odczyn zasadowy
[H+] = 10-7mol/dm3
to pH = -log 10-7 = 7; odczyn obojętny
 Skala pH a odczyn
0
7
Wzrost kwasowości
14
Wzrost zasadowości
Odczyn obojętny
2. Nawozy a odczyn gleby
 odkwaszające glebę: kalcyt, magnezyt, wapno palone, wapno gaszone, apatyty,
superfosfat potasowy -K3PO4, superfosfat wapniowy - Ca(H2PO4)2
 nawozy zakwaszające glebę: salmiak - NH4Cl, siarczan(VI) amonu (NH4)2SO4,
 nawozy obojętne: saletra potasowa, saletra sodowa, sól potasowa, superfosfat
amonowy - (NH4)3PO4, siarczan(VI) potasu - K2SO4 , mocznik - CO(NH2)2
3. Działanie nawozów odkwaszających:
 Ca2+ + 2OH- + 2H+  Ca2+ + 2H2O
 3K+ + PO43- + 3H+ 3K+ + H3PO4
4. Działanie nawozów zakwaszających:
 NH4+ + Cl- + H2O  NH3 ∙H2O + H+ + Cl 2NH4+ + SO42- + 2H2O  2NH3 ∙H2O + 2H+ + SO42Przykładowe zad. 12
A. Stężenie kationów wodorowych w roztworze glebowym wynosi 10-4mol/dm3.
Podaj odczyn gleby i dobierz nawóz umożliwiający do prowadzenie pH gleby
do pH = 6,5 (słabo kwasowego)
Rozwiązanie:
 pH = - log [H+] = - log 10-4 = 4, odczyn kwasowy , aby podnieść odczyn gleby należy
zastosować nawóz odkwaszający: np. kredę, wapno palone lub wapno gaszone.
B. Na glebach o odczynie obojętnym lub zasadowym kwiaty hortensji mają barwę
różową, na glebach kwaśnych kwiaty maja barwę niebieską. Jakim nawozem
nalży nawozić glebę aby kwiaty hortensji zmieniły barwę z różowej na barwę
niebieską?
Rozwiązanie:
 Należy zastosować nawozy zakwaszające np. siarczan(VI) amonu lub chlorek amonu.

5. Procentowy skład nawozów
 Składniki pokarmowe zawarte w nawozach mineralnych przelicza się na:
N  N; P  P2O5; K  K2O; Ca  CaO; Mg  MgO
 Przykłady przeliczeń:
Zawartość % azotu w moczniku CO(NH2)2
mcz(moczniaka) = 12u + 16u + 2 ∙14u + 2 ∙ 1u = 60u , to jest 100%,
60u mocznika ------------------ 100%
28u azotu ----------------------- x
-----------------------------------------
x
46,66% azotu
Przykładowe zad. 13
Oblicz % udział składników pokarmowych w apatycie
Rozwiązanie:
 Obliczenie masy cząsteczkowej Ca3(PO4)2 , związek do ustalenia
procentowego składu K i P należy traktować jako mieszaninę CaO i P2O5
 Ca3(PO4)  3CaO + P2O5 , mcz = 3∙ 40u + 3 ∙ 16u + 2 ∙ 31u + 5 ∙ 16u =
168u + 142u = 310u to jest 100%

310u --------------- 100%
310u --------------------- 100%
168u CaO --------- x
-------------------------------
142u P2O5 ---------------- x
------------------------------------
x
x
Apatyt zawiera 54,2% tlenku wapnia i 45,8% tlenku fosforu(V), stosując 100kg tego nawozu wnosi
się go gleby 54,2kg tlenku wapnia i 45,8kg tlenku fosforu(V).