Оксид кальция способ получения

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

Оксид кальция

Оксид кальция, негашеная известь (рус. Известь негашеная; англ. Quicklime; нем. Ungelöschter Kalk) — неорганическая бинарное соединение кальция и кислорода состава CaO. Вяжущее минеральная кристаллическая тугоплавкий вещество белого цвета. Температура плавления 2585 ° С. Проявляет сильные основные свойства.

В технике оксид кальция называют обычно негашеной или жженым известью. Последнее название происходит от способа его получения: прожарки, или «выжигания» известняка. Получают путем обжига известняка, мела и других карбонатных пород. Процесс ведут при низких температурах разложения карбоната кальция.

Распространение в природе

Оксид кальция является одной из самых распространенных соединений в природе. Он часто встречается в составе природных карбонатов, параллельно с оксидом магния. Основными соединениями, из которых добывают CaO является кальцит, мрамор, известняк, арагонит, доломит и многие другие.

Химические свойства

С водой оксид кальция реагирует очень энергично, с выделением значительного количества тепла и образованием гидроксида кальция:

Реакцию взаимодействия оксида кальция с водой в технике называют «гашением» извести, а продукт реакции — гидроксид кальция — гашеной известью.

CaO проявляет сильные основные свойства: взаимодействует с кислотами и кислотными оксидами (в частности, активно поглощает углекислый газ из воздуха), с амфотерными оксидами:

Кальций подвергается восстановлению из оксида алюминием и коксом:

Получение

Производство в промышленности

Негашеная известь (оксид кальция) получают прокаливанием (выжиганием) известняка или мела. Карбонат кальция начинает разлагаться при 850 ° С. Чем выше температура, тем быстрее идет расписание. Но выше 1200 ° С примеси, у известняка, начинают обплавлятися, и это затрудняет процесс разложения. Поэтому «выжигания» известняка проводят при 1000-1200 ° С.

Процесс «выжигания» осуществляют в вертикальных шахтных печах, облицованных изнутри огнеупорным кирпичом. Шихту, то есть смесь известняка и кокса, загружают в печь через верхнее отверстие. Куски известняка и кокса делают такими, чтобы их диаметр был около 10 см. Тогда воздух и топочные газы легко проходят сквозь шихту, и известняк разлагается равномерно по всей массе.

Горячие газы, возникающие при горении топлива и расписании известняка, поднимаясь вверх, постепенно охлаждаются, нагревая шихту. Жженое известь опускается в нижнюю часть печи, где охлаждается воздухом, подаваемым снизу.

Получение в лаборатории

Синтез оксида кальция можно провести сожжением металлического кальция или его гидрида:

Другим вариантом является термическое разложение оксигенвмисних соединений кальция:

Применение

Известь очень широко применяется в строительном деле, а также в химической промышленности для получения хлорной извести. Ежегодная мировая добыча извести составляет сотни миллионов тонн.

В строительстве используют гашеная известь, то есть гидроксид кальция. С этой целью негашеная известь обрабатывают водой. При этом пористые куски оксида кальция (негашеной извести) жадно поглощают воду и реагируют с ней с выделением значительного количества тепла. В результате часть воды испаряется, а оксид кальция превращается в рыхлую массу гидроксида кальция (гашеной извести), которую называют пушонкой. При избытке воды гашеная известь образуется в виде тестообразной массы.

Источник