Химические реакции с оксидом кальция. Оксид и гидроксид кальция. Свойства и применение. Жесткость воды подразделяется на
Оксид кальция - это кристаллическое соединение белого цвета. Другие названия этого вещества - негашеная известь, окись кальция, «кирабит», «кипелка». Оксид кальция, формула которого CaO, и его продукт взаимодействия с (H2O) водой - Ca(OH)2 («пушонка», или гашеная известь) нашли широкое применение в строительном деле.
Как получают оксид кальция?
1. Промышленный способ получения данного вещества заключается в термическом (под воздействием температуры) разложении известняка :
CaCO3 (известняк) = CaO (кальция оксид) + CO2 (углекислый газ)
2. Также кальция оксид можно получить посредством взаимодействия простых веществ:
2Ca (кальций) + O2 (кислород) = 2CaO (кальция оксид)
3. Третий способ кальция заключается в термическом разложении кальция гидроксида (Ca(OH)2) и кальциевых солей нескольких кислородсодержащих кислот:
2Ca(NO3)2 = 2CaO (получаемое вещество) + 4NO2 + O2 (кислород)
оксида кальция
1. Внешний вид: кристаллическое соединение белого цвета. Кристаллизуется по типу хлорида натрия (NaCl) в кубической кристаллической гранецентрированной решетке.
2. Молярная масса составляет 55,07 грамм/моль.
3. Плотность равна 3,3 грамм/сантиметр³.
Термические свойства оксида кальция
1. Температура плавления равна 2570 градусов
2. Температура кипения составляет 2850 градусов
3. Молярная теплоёмкость (при стандартных условиях) равна 42.06 Дж/(моль·К)
4. Энтальпия образования (при стандартных условиях) составляет -635 кДж/моль
Химические свойства оксида кальция
Оксид кальция (формула CaO) - это основной оксид. Поэтому он может:
Растворяться в воде (H2O) с выделением энергии. При этом образуется гидроксид кальция. Эта реакция выглядит так:
CaO (оксид кальция) + H2O (вода) = Ca(OH)2 (кальциевый гидроксид) + 63,7 кДж/моль;
Реагировать с кислотами и кислотными оксидами. При этом образуются соли. Вот примеры реакций:
CaO (кальциевый оксид) + SO2 (сернистый ангидрид) = CaSO3 (сульфит кальция)
CaO (кальциевый оксид) + 2HCl (соляная кислота) = CaCl2 (кальциевый хлорид) + H2O (вода).
Применение оксида кальция:
1. Основные объемы рассматриваемого нами вещества используются при производстве силикатного кирпича в строительстве. Раньше негашеную известь использовали в качестве известкового цемента. Его получали при ее смешивании с водой (H2O). В результате оксид кальция переходил в гидроксид, который потом, поглощая из атмосферы (CO2), сильно твердел, превращаясь в кальция карбонат (CaCO3). Несмотря на дешевизну этого метода, в настоящее время цемент известковый практически не применяется в строительстве, так как он обладает способностью хорошо впитывать и накапливать в себе жидкость.
2. В качестве огнеупорного материала оксид кальция подходит как недорогой и доступный материал. Плавленый кальциевый оксид имеет устойчивость к воздействию воды (H2O), что позволило его применять в качестве огнеупора там, где использование дорогостоящих материалов нецелесообразно.
3. В лабораториях используют кальция для сушения тех веществ, которые с ним не реагируют.
4. В пищевой отрасли данное вещество зарегистрировано в качестве пищевой добавки под обозначением Е 529. Используется в качестве эмульгатора для создания однородной смеси из несмешиваемых между собой веществ - воды, масла и жира.
5. В промышленности кальциевый оксид используют для удаления сернистого ангидрида (SO2) из дымовых газов. Применяют, как правило, 15% раствор водяной. В результате реакции, в которой взаимодействуют и диоксид серы, получается гипс CaCO4 и CaCO3. При проведении экспериментов ученые добивались показателя в 98% отчистки дыма от диоксида серы.
6. Используется в специальной «самогреющейся» посуде. Емкость с небольшим количеством кальциевого оксида располагается между двух стенок сосуда. При прокалывании капсулы в воде начинается реакция с выделением некоторого количества тепла.
Гидроксид кальция – химическое вещество имеющее сильное основание. Каковы его особенности и химические свойства рассмотрим в данной статье.
Характеристика гидроксида кальция
Кристаллический гидроксид кальция – это порошок белого цвета, который разлагается при нагревании, но практически нерастворимый в воде. Формула гидроксида кальция – Ca(OH) 2 . В ионном виде уравнение образования гидроксида кальция выглядит так:
Рис. 1. Уравнение образование гидроксида кальция.
Гидроксид кальция имеет и другие названия: гашеная известь, известковое молоко, известковая вода
Молярная масса гидроксида кальция составляет 74.09 г/моль. Это значит, что 74,09 г/моль количества вещества гидроксида кальция содержат 6,02*10^23 атомов или молекул этого вещества.
Гидроксид кальция используется для побелки в строительстве, дезинфекции стволов деревьев, в сахарной промышленности, для дублении кож, для получения хлорной извести. Тестообразная смесь гашеной извести с цементом и песком используется в строительстве.
Рис. 2. Гидроксид кальция.
Химические свойства гидроксида кальция
Гидроксид кальция, как и все основания, вступает в реакцию с кислотами:
Ca(OH) 2 (гидроксид кальция)+H 2 SO 4 (серная кислота)=CaSo 4 (соль – сульфат кальция)+2H 2 O (вода).
Гидроксид кальция также способен образовывать соединения с углекислым газом. Раствор этого вещества на воздухе становится мутным, так как гидроксид кальция, подобно другим сильным основаниям, взаимодействует с растворенным в воде углекислым газом:
Ca(OH) 2 +CO 2 (гидроксид кальция)=CaCO 3 (карбонат кальция)+H 2 O (вода)
При нагревании до 400 градусов гидроксид кальция вступает в реакцию с оксидом углерода:
Ca(OH) 2 (гидроксид кальция)+CO (оксид углерода)=CaCO 3 (карбонат кальция)+H 2 (водород).
Гидроксид кальция может взаимодействовать с солями, в результате чего образуется осадок:
Сa(OH) 2 (гидроксид кальция)+Na 2 SO 3 (сульфит натрия)=CaSO 3 (сульфит кальция)+2NaOH (гидроксид натрия).
При температуре 520-580 градусов гидроксид кальция подвержен реакции разложения. В результате образуются оксид кальция и вода:
Рис. 3. Гашеная известь.
Ca(OH) 2 (гидроксид кальция)=CaO (оксид кальция)+H 2 O (вода).
Получение гидроксида кальция происходит при химической реакции оксида кальция (негашеной извести) с водой. Этот процесс получил название «гашение извести». Уравнение реакции гашения извести выглядит следующим образом:
CaO (оксид кальция)+H 2 O (вода)=Ca(OH) 2 (гидроксид кальция).
Что мы узнали?
Гидроксид кальция – сильное основание, малорастворимое в воде. Как и любой химический элемент он обладает рядом свойств т способен вступать в реакцию с углекислым газом, солями, а также разлагается при высокой температуре. Гидроксид кальция используют в строительстве и промышленности.
Оксид кальция (СаO) – негашеная или жженая известь – белое огнестойкое вещество, образованное кристаллами. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной кристаллической решетке. Температура плавления – 2627 °C, температура кипения – 2850 °C.
Называется жженой известью из-за способа его получения – обжигание карбоната кальция. Обжиг производят в высоких шахтных печах. В печь закладывают слоями известняк и топливо, а затем разжигают снизу. При накаливании происходит разложение карбоната кальция с образованием оксида кальция:
Так как концентрации веществ в твердых фазах неизменны, то константу равновесия этого уравнения можно выразить так: K = .
При этом концентрация газа может быть выражена с помощью его парциального давления, то есть равновесие в системе устанавливается при определенном давлении диоксида углерода.
Давление диссоциации вещества – равновесное парциальное давление газа, получающееся при диссоциации вещества.
Чтобы спровоцировать образование новой порции кальция, необходимо повысить температуру или удалить часть получившегося CO2 , при этом уменьшится парциальное давление. Поддерживая постоянное более низкое парциальное давление, чем давление диссоциации, можно добиться непрерывного процесса получения кальция. Для этого при обжигании извести в печах делают хорошую вентиляцию.
Получение:
1) при взаимодействии простых веществ: 2Ca + O2 = 2CaO;
2) при термическом разложении гидроксида и солей: 2Ca(NO3)2 = 2CaO + 4NO2? + O2?.
Химические свойства:
1) взаимодействует с водой: СаO + H2O = Са(OH)2;
2) реагирует с оксидами неметаллов: СаO + SO2 = CaSO3;
3) растворяется в кислотах, образуя соли: CaO + 2HCl = CaCl2 +H2O.
Гидроксид кальция (Ca(OH)2 – гашеная известь, пушонка) – белое кристаллическое вещество, кристаллизуется в гексагональной кристаллической решетке. Является сильным основанием, плохо растворимым вводе.
Известковая вода – насыщенный раствор гидроксида кальция, имеющий щелочную реакцию. На воздухе мутнеет в результате поглощения углекислого газа, образуя карбонат кальция .
Получение:
1) образуется при растворении кальция и оксида кальция вводе: CaO + H2O = Са(OH)2 + 16 ккал;
2) при взаимодействии солей кальция со щелочами: Ca(NO3)2 + 2NaOH = Ca(OH)2 + 2NaNO3.
Химические свойства:
1) при нагревании до 580 °C разлагается: Са(OH)2 = СаO + H2O;
2) реагирует с кислотами: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O.
58. Жесткость воды и способы ее устранения
Так как кальций широко распространен в природе, его соли в большом количестве содержатся в природных водах. Вода, имеющая в своем составе соли магния и кальция, называется жесткой водой . Если соли присутствуют в воде в небольших количествах или отсутствуют, то вода называется мягкой . В жесткой воде мыло плохо пенится, поскольку соли кальция и магния образуют с ним нерастворимые соединения. В ней плохо развариваются пищевые продукты. При кипячении на стенках паровых котлов образуется накипь, которая плохо проводит теп-лоту, вызывает увеличение расхода топлива и изнашивание стенок котла. Жесткой водой нельзя пользоваться, проводя ряд технологических процессов (крашение). Образование накипи: Са + 2НСО3 = Н2О + СО2 + СаСО3?.
Перечисленные выше факторы указывают на необходимость удаления из воды солей кальция и магния. Процесс удаления этих солей называется водоумягчением , является одной из фаз обработки воды (водоподготовки).
Водоподготовка – обработка воды, используемая для различных бытовых и технологических процессов.
Жесткость воды подразделяется на:
1) карбонатную жесткость (временную), которая вызывается наличием гидрокарбонатов кальция и магния и устраняется с помощью кипячения;
2) некарбонатную жесткость (постоянную), которая вызывается присутствием в воде сульфитов и хлоридов кальция и магния, которые при кипячении не удаляются, поэтому она называется постоянной жесткостью.
Верна формула: Общая жесткость = Карбонатная жесткость + Некарбонатная жесткость.
Общую жесткость ликвидируют добавлением химических веществ или при помощи катиони-тов. Для полного устранения жесткости воду иной раз перегоняют.
При применении химического метода растворимые соли кальция и магния переводят в нерастворимые карбонаты:
Более модернизированный процесс устранения жесткости воды – при помощи катионитов .
Катиониты – сложные вещества (природные соединения кремния и алюминия, высокомолекулярные органические соединения), общая формула которых – Na2R, где R – сложный кислотный остаток.
При пропускании воды через слой катионита происходит обмен ионов (катионов) Na на ионы Са и Mg: Са + Na2R = 2Na + CaR.
Ионы Са из раствора переходят в катионит, а ионы Na переходят из катионита в раствор. Чтобы восстановить использованный катионит, его необходимо промыть раствором поваренной соли. При этом происходит обратный процесс: 2Na + 2Cl + CaR = Na2R + Ca + 2Cl.