Ростислав Лидин - Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ

Применяется КОН в производстве мыла, как адсорбент газов, дегидратирующий агент, осадитель нерастворимых гидроксидов металлов.

Кальций – элемент 4-го периода и IIA-группы Периодической системы, порядковый номер 2O. Электронная формула атома [ 18Ar]4s 2, степени окисления +II и 0. Относится к щелочноземельным металлам.

Имеет низкую электроотрицательность (1,04), проявляет металлические (основные) свойства. Образует (как катион) многочисленные соли и бинарные соединения. Многие соли кальция малорастворимы в воде.

В природе – шестойпо химической распространенности элемент (третий среди металлов), находится в связанном виде. Жизненно важный элемент для всех организмов.

Недостаток кальция в почве восполняется внесением известковых удобрений (СаСO 3, СаО, цианамид кальция CaCN 2и др.).

Кальций, катион кальция и его соединения окрашивают пламя газовой горелки в темно-оранжевый цвет ( качественное обнаружение).

Кальций Са.Серебристо-белый металл, мягкий, пластичный. Во влажном воздухе тускнеет и покрывается пленкой из СаО и Са(ОН) 2.

Весьма реакционноспособный; воспламеняется при нагревании на воздухе, реагирует с водородом, хлором, серой и графитом:

Восстанавливает другие металлы из их оксидов (промышленно важный метод — кальцийтержия):

ЗСа + Cr 2O 3= ЗСаО + 2Cr (700–800 °C)

5Са + V 2O 5= 5СаО + 2V (950 °C)

Энергично реагирует с водой (с высоким экзо -эффектом):

Са + 2Н 2O = Са(ОН) 2+ Н 2↑ + 413 кДж

В ряду напряжений стоит значительно левее водорода, из разбавленных кислот НCl и H 2SO 4вытесняет водород (за счет Н 2O и Н +):

Ca + 2H+ = Са 2++ Н 2↑

Получение кальция в промышленности:

Кальций применяется для удаления примесей неметаллов из металлических сплавов, как компонент легких и антифрикционных сплавов, для выделения редких металлов из их оксидов.

Оксид кальция СаО.Основный оксид. Техническое название негашёная известь. Белый, весьма гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+O 2-. Тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при прокаливании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Энергично реагирует с водой (с высоким экзо -эффектом), образует сильно щелочной раствор (возможен осадок гидроксида), процесс называется гашение извести. Реагирует с кислотами, оксидами металлов и неметаллов. Применяется для синтеза других соединений кальция, в производстве Са(ОН) 2, СаС 2и минеральных удобрений, как флюс в металлургии, катализатор в органическом синтезе, компонент вяжущих материалов в строительстве.

Уравнения важнейших реакций:

Получение СаО в промышленности– обжиг известняка (900—1200 °C):

СаСO 3= СаО+ СO 2

Гидроксид кальция Са(ОН) 2.Основный гидроксид. Техническое название гашёная известь. Белый, гигроскопичный. Имеет ионное строение Са 2+(ОН -) 2. Разлагается при умеренном нагревании. Поглощает влагу и углекислый газ из воздуха. Малорастворим в холодной воде (образуется щелочной раствор), еще меньше – в кипящей воде. Прозрачный раствор ( известковая вода) быстро мутнеет из-за выпадения осадка гидроксида (суспензию называют известковое молоко). Качественная реакция на ион Са 2+– пропускание углекислого газа через известковую воду с появлением осадка СаСO 3и переходом его в раствор. Реагирует с кислотами и кислотными оксидами, вступает в реакции ионного обмена.

Применяется в производстве стекла, белильной извести, известковых минеральных удобрений, для каустификации соды и умягчения пресной воды, а также для приготовления известковых строительных растворов – тестообразных смесей (песок + гашёная известь + вода), служащих связующим материалом для каменной и кирпичной кладки, отделки (оштукатуривания) стен и других строительных целей. Отвердевание («схватывание») таких растворов обусловлено поглощением углекислого газа из воздуха.

Уравнения важнейших реакций:

Получение Са(ОН) 2в промышленности– гашение извести СаО (см. выше).

Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния (а также железа) и становится жёсткой. В жесткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится желтой и быстро ветшает. Накипь – нерастворимые соединения кальция и магния и оксид железами), осаждающиеся на внутренних стенках посуды, паровых котлов и трубопроводов. В жесткой воде дольше варятся овощи, крупы и мясо. Различают временнуюи постояннуюжесткость воды.

Временная жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов М(НСO 3) 2(М = Са, Mg) и Fe(HCO 3) 2. Если количественно определяют содержание ионов HCO 3 -, говорят о карбонатной жесткости, если содержание ионов Са 2+, Mg 2+и Fe 2+– о кальциевой, магниевой или железной жесткости. Временная жесткость тем выше, чем больше содержание этих ионов в воде. Жесткость воды назвали временной потому, что она устраняется простым кипячением:

Са(НСO 3) 2= СаСO 3↓ + Н 2O + СO 2↑

Mg(HCO 3) 2= Mg(OH) 2↓ + 2СO 2↑

4Fe(HCO 3) 2+ O 2= 2Fe 2O 3↓ + 8CO 2↑ + 4H 2O

Постоянная жесткость обусловлена другими солями кальция и магния (сульфаты, хлориды, нитраты, дигидро-ортофосфаты и др.). Такая жесткость не устраняется кипячением воды. Поэтому для удаления из жесткой воды большей части всех солей ее умягчают, используя химические реактивы и специальные (ионообменные) способы. Умягченная вода пригодна для питья и приготовления пищи.

Умягчение воды достигается, если ее обработать различными осадителями – гашеной известью, содой и ортофосфатом натрия:

устранение временной жесткости:

Са(НСO 3) 2+ Са(ОН) 2= 2СаСO 3↓ + 2Н 2O

Mg(HCO 3) 2+ Ca(OH) 2= CaMg(CO 3) 2↓ + 2Н 2O

4Fe(HCO 3) 2+ 8Са(ОН) 2+ O 2= 4FeO(OH)↓ + 8СаСO 3↓ + 10Н 2O

устранение постоянной жесткости:

Ca(NO 3) 2+ Na 2CO 3= СаСO 3↓ + 2NaNO 3

2MgSO 4+ Н 2O = Na 2CO 3= Mg 2CO 3(OH) 2↓ + СO 2↑ + 2Na 2SO 4

3FeCl 2+ 2Na 3PO 4= Fe 3(PO 4) 2↓ + 6NaCl

В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья она непригодна). Для получения обессоленной воды природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированная вода является мягкой, подобно дождевой воде.