Химический способ получения оксида кальция

Оксид кальция: способы получения и химические свойства

Оксид кальция CaO — бинарное неорганическое вещество . Белый, гигроскопичный. Тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при очень высоких температурах. Проявляет основные свойства.

Относительная молекулярная масса M_r = 56,08; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 3,35; t_пл ≈ 2614º C; t_кип = 2850º C.

Способ получения

1. Оксид кальция получается при разложении карбоната кальция при температуре 900 — 1200º C. В результате разложения образуется оксид кальция и углекислый газ:

2. В результате взаимодействия гидрида кальция и кислорода при температуре 300 — 400º С образуется оксид кальция и вода:

3. Оксид кальция можно получить сжиганием кальция в в кислороде при температуре выше 300º С:

2Ca + O₂ = 2CaO

Химические свойства

1. Оксид кальция реагирует с простыми веществами :

Оксид кальция реагирует с углеродом (коксом) при температуре 1900 — 1950º С и образует угарный газ и карбид кальция:

CaO + 3C = CaC₂ + CO

2. Оксид кальция взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Оксид кальция взаимодействует с кислотами:

2.1.1. О ксид кальция с разбавленной соляной кислотой образует хлорид кальция и воду:

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O

2.1.2. Оксид кальция вступает во взаимодействие с разбавленной плавиковой кислотой с образованием фторида кальция и воды:

CaO + 2HF = CaF₂↓ + H₂O

2.1.3. Оксид кальция вступает в реакцию с разбавленной фосфорной кислотой, образуя фосфат кальция и воду:

2.2. Оксид кальция реагирует с оксидами:

2.2.1. Оксид кальция при комнатной температуре реагирует с углекислым газом с образованием карбоната кальция:

CaO + CO₂ = CaCO₃

2.2.2. Взаимодействуя с оксидом кремния при 1100 — 1200º С оксид кальция образует силикат кальция:

CaO + SiO₂ = CaSiO₃

2.3. Оксид кальция взаимодействует с водой при комнатной температуре, образуя гидроксид кальция:

Источник

Оксид кальция, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Физические свойства

Оксид кальция – неорганическое кристаллическое вещество в виде белого или серо-белого порошка без запаха и вкуса. Твёрдое вещество кристаллизуется в кубические гранецентрированные кристаллические решётки по типу хлорида натрия (NaCl).

Рис. 1. Кубические гранецентрированные кристаллические решётки.

Общее описание вещества представлено в таблице.

Признак

Значение

Формула соединения оксид кальция

В глицерине. В этаноле не растворяется, с водой образует гидроксид

Химическая связь в кристалле

Оксид кальция – едкое вещество, относящееся ко второму классу опасности. Агрессивные свойства проявляет при взаимодействии с водой, образуя гашёную известь.

Рис. 2. Порошок оксида кальция.

Видео

приложений

CaO широко используется в промышленности, а также для синтеза ацетилена (CH≡CH), для извлечения фосфатов из сточных вод и в реакции с диоксидом серы из газообразных отходов..

Другие применения оксида кальция описаны ниже:

Как ступка

Если оксид кальция смешан с песком (SiO₂) и вода спекается с песком и медленно реагирует с водой с образованием гашеной извести. В свою очередь, СО₂ воздуха растворяется в воде и вступает в реакцию с солью с образованием карбоната кальция:

CaCO₃ Это более стойкое и более твердое соединение, чем CaO, в результате чего раствор (предыдущая смесь) затвердевает и фиксирует кирпичи, блоки или керамику между ними или на желаемой поверхности..

В производстве очков

Основным сырьем для производства стекол являются оксиды кремния, которые смешивают с известью, карбонатом натрия (Na₂Колорадо₃) и другие добавки, которые затем подвергают нагреванию, в результате чего получается стеклообразное твердое вещество. Это твердое вещество впоследствии нагревается и выдувается в любых фигурах.

В горном деле

Гашеная известь занимает больший объем, чем негашеная, благодаря взаимодействиям водородных связей (О-Н-О). Это свойство используется, чтобы разбить камни изнутри.

Это достигается путем наполнения их компактной смесью извести и воды, которая герметизирована, чтобы сосредоточить ее тепло и экспансивную силу в породе..

Как средство для удаления силикатов

CaO сплавляется с силикатами с образованием коалесцирующей жидкости, которая затем извлекается из сырья определенного продукта..

Например, железные руды являются сырьем для производства металлического железа и стали. Эти минералы содержат силикаты, которые являются нежелательными примесями для процесса и устраняются только что описанным способом..

Получение

Оксид кальция также называют жжёной известью из-за способа получения. Получают негашёную известь путём нагревания и разложения известняка – карбоната кальция (CaCO₃).

Это природное вещество, встречающееся в форме минералов – арагонита, ватерита, кальцита. Входит в состав мрамора, мела, известняка.

Реакция получения оксида кальция из известняка выглядит следующим образом:

Кроме того, негашёную известь можно получить двумя способами:

из простых веществ, наращивая оксидный слой на металле –

при термической обработке гидроксида или солей кальция –

Ca(OH)2 → CaO + H2O; 2Ca(NO3)2 → 2CaO + 4NO2 + O2.

Реакции протекают при высоких температурах. Температура сожжения известняка – 900-1200°C. При 200-300°C на поверхности металла начинает образовываться оксид. Для разложения солей и гидроксида необходима температура в 500-600°C.

Получение оксида кальция:

Оксид кальция получается в результате следующих химических реакций:

1. 1. путем термического разложения известняка:

Это промышленный способ получения оксида кальция. Технологически данный процесс в промышленности реализуют в специальных шахтных печах .

1. 2. путем сжигания кальция на воздухе:

2Сa + О₂ → 2CaО (t = 300 o C).

1. 3. путем термического разложения гидроксида кальция:

Сa(OH)₂ → СaO + H₂О (t = 520-580 o C).

1. 4. путем термического разложения нитрата кальция:

структура

На верхнем изображении представлена ​​кристаллическая структура (типа драгоценной соли) для оксида кальция. Объемные красные сферы соответствуют ионам Ca 2+ и белые сферы с ионами O 2- .

В этом кубическом кристаллическом расположении каждый ион Са 2+ окружен шестью ионами O 2- , закупорены в октаэдрических отверстиях, оставленных между ними большими ионами.

Эта структура максимально выражает ионный характер этого оксида, хотя заметное различие радиусов (красная сфера больше, чем белая) придает более слабую кристаллическую ретикулярную энергию по сравнению с MgO.

Применение

Оксид используется в пищевой промышленности в качестве:

• улучшителя муки и хлеба;
• пищевой добавки Е529;
• регулятора кислотности;
• питательной среды для дрожжей;
• катализатора гидрогенизации (присоединения водорода) жиров.

Кроме того, негашёная известь применяется в химической и строительной промышленности для производства различных веществ:

• масел;
• стеарата кальция;
• солидола;
• огнеупорных материалов;
• гипса;
• высокоглиноземистого цемента;
• силикатного кирпича.

Рис. 3. Цемент, кирпич, гипс получают из оксида кальция.

Примеры решения задач

Задание При полном сгорании кислородсодержащего органического вещества массой 13,8 г получили 26,4 г углекислого газа и 16,2 г воды. Найдите молекулярную формулу вещества, если относительная плотность его паров по водороду равна 23. Решение Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно: CxHyOz+ Oz→CO2 + H2O Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = [m(CO2) / M(CO2)]×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = [2×m(H2O) / M(H2O)]×M(H); Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль Тогда, m(C) = [26,4 / 44]×12 = 7,2 г; m(H) = 2×16,2 / 18 ×1= 1,8 г m(O) = m(CxHyOz) – m(C) – m(H) = 13,8 – 7,2 – 1,8 = 4,8 г Определим химическую формулу соединения: x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O); x:y:z= 7,2/12 :1,8/1 :4,8/16; x:y:z= 0,6 : 1,8 : 0,3 = 2: 6 : 1 Значит простейшая формула соединения C2H6O и молярную массу 46 г/моль [M(C2H6O) = 2×Ar(C) + 6×Ar(H) + Ar(O) = 2×12 + 6×1 + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 / моль]. Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду: Msubstance = M(H2) × D(H2); Msubstance = 2 × 23 = 46 г/моль Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс: Msubstance / M(C2H6O) = 46 / 46 = 1 Значит формула органического соединения будет иметь вид C2H6O. Ответ C2H6O

Задание Молярная масса соединения азота с водородом равна 32 г/моль. Определите молекулярную формулу вещества, массовая доля азота в котором составляет 85,7%. Решение Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Вычислим массовую долю водорода в соединении: ω (H) = 100% — ω(N) = 100% — 85,7% = 14,3% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (азот), «у» (водород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(H)/Ar(H); x:y= 85,7/14 : 14,3/1; x:y= 6,12 : 14,3= 1 : 2 Значит простейшая формула соединения азота с водородом будет иметь вид NH2 и молярную массу 16 г/моль [M(NH2) = Ar(N) + 2×Ar(H) = 14+ 2×1 = 14 + 2 = 16 г/моль]. Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс: Msubstance / M(NH2) = 32 / 16 = 2 Значит индексы атомов азота и водорода должны быть в 2 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид N2H4. Это гидразин. Ответ N2H4

Источник

Способ получения оксида кальция

Использование: выделение и очистка кальция, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. Концентрат изотопнообогащенного кальция растворяют в соляной кислоте, очищают раствор от примесей осаждением оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осаждают и отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, из полученного раствора проводят повторное осаждение оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, оксалат кальция растворяют в кислоте, осаждают из очищенного раствора карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют осадок карбоната кальция и подвергают его термообработке в две стадии при 200-300 o С и 800-850 o С. Способ очистки кальцийсодержащего концентрата обеспечивает достаточно полное отделение примесей и выделение кальция практически без потерь, а условия термообработки осадка позволяют получить нужную химическую форму готового продукта. Предложенное техническое решение позволяет выделить 99,3% изотопнообогащенного кальция в виде оксида со степенью очистки 99,96%. Способ позволяет использовать стандартное оборудование, доступные реактивы и требует незначительного расхода электроэнергии.

Изобретение относится к области выделения и очистки оксида кальция, в том числе изотопнообогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Принципами выделения и очистки изотопнообогащенного кальция является максимально полное выделение его на всех стадиях химической переработки и получение его в виде оксида, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения чистого оксида кальция («Руководство по неорганическому синтезу», под редакцией Г. Брауэра. -М.: Мир, 1985, т.3, стр. 996), включающий растворение карбоната кальция в азотной кислоте, очистку раствора в два этапа — осаждением основного количества примесей добавлением к раствору известкового молока и отделением следов примесей осаждением части карбоната кальция пропусканием СО₂ в горячий раствор при рН 6-7, осаждение из очищенного раствора карбоната кальция, отделение осадка и его термообработку при 800 o С.

Недостатками этого способа при использовании его для получения оксида изотопнообогащенного кальция являются: — использование для очистки раствора известкового молока, т.к. природный кальций, содержащийся в реактиве, изменит изотопный состав кальция в готовом продукте; — значительные потери кальция при отделении следов примесей.

Известен также способ очистки раствора нитрата кальция (патент РФ 1154206, C 01 F 11/36), включающий обработку раствора смесью перекиси водорода и аммиака и отделения осадка гидроксидов примесей.

Недостатком этого способа является невозможность очистки от примесей магния, алюминия и меди, которые не осаждаются в этих условиях.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения очищенного оксида кальция из концентрата (SU 767031, C 01 F 11/06, 03.04.78), включающий обжиг карбонатного сырья, предварительно выдержанного при 100. 800 o С в течение 0,5-1,2 ч и обработанного водным раствором, содержащим хлористый кальций и спирт с последующим отделением и подачей твердой фазы на обжиг.

Недостатками этого способа при использовании его для получения оксида изотопнообогащенного кальция являются следующие: — получить оксид кальция удовлетворительной степени очистки можно лишь при использовании чистого карбонатного сырья, тогда как исходный концентрат для получения оксида изотопнообогащенного кальция содержит значительное количество примесей, которые при использовании указанного способа перейдут в конечный продукт (СаО); — значительные потери кальция при обработке карбонатного сырья, предварительно выдержанного при 500-800 o С, водным раствором за счет растворения оксида кальция, частично образующегося при термообработке карбоната.

Технической задачей изобретения является получение оксида кальция, содержащего минимальное количество примесей при минимальных потерях кальция на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что концентрат растворяют в соляной кислоте, очищают раствор от примесей осаждением оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осадок оксалата кальция отделяют, прокаливают, прокаленный оксалат кальция растворяют при рН 2-3, осаждают и отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, из полученного раствора проводят повторное осаждение кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, оксалат кальция растворяют в кислоте, осаждают из очищенного раствора карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют осадок карбоната кальция и подвергают его термообработке в две стадии при 200-300 o С и 800-850 o С.

Дальнейшее повышение температуры второго этапа термообработки нецелесообразно, так как это не улучшает достигнутых результатов, но повышает затраты электроэнергии.

В заявленном техническом решении предложенный способ очистки раствора обеспечивает эффективное отделение примесей и получение чистого продукта практически без потерь, а условия термообработки позволяют получать оксид кальция, не содержащий примесь карбоната.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «новизна».

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «изобретательский уровень».

Предложенный способ получения оксида кальция реализовали следующим образом.

20 г концентрата, содержащего 1,85 г кальция и значительное количество примесей, в том числе медь, железо, хром, свинец, магний, алюминий и марганец, растворили в НС1 (1:4) при нагревании. К раствору добавили винную кислоту из расчета 15 г/л, аммиак до рН 10-11 и щавелевую кислоту из расчета 2,6 г на 1 г кальция с избытком 10 г/л. После выстаивания раствора с осадком в течение 10-16 часов осадок оксалата кальция отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание кальция. Оно составило меньше 0,2 мг/л. Осадок прокалили при 600 o С и растворили, добавляя к его водной суспензии соляную кислоту до рН 2-3. В растворе осадили сульфиды тяжелых металлов, пропуская газообразный H₂S в течение 30 мин и отфильтровали осадок примесей. К раствору добавили винную кислоту из расчета 5 г/л, аммиак до рН 10-11 и щавелевую кислоту из расчета 10 г/л. После выставления раствора с осадком в течение 10-16 часов осадок оксалата кальция отфильтровали и прокалили при 600 o С, оксалатный фильтрат проанализировали на содержание кальция. Оно составило o С в течение 6 часов, а затем при 850 o С в течение 6 часов до постоянного веса. Оксид кальция проанализировали на содержание примесей и карбоната кальция. Содержание примесей составило 0,021%. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Оксид кальция получали как в примере 1, но вторую стадию термообработки провели при 800 o С.

Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтрах составило 0,2 мг/л и 2,6 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,026%. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Оксид кальция получали как в примере 1, но вторую стадию термообработки осадка карбоната кальция проводили при 750 o С. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтратах составило o С и 800-850 o С.

Источник