Как можно получить нитрат кальция уравнение

Нитрат кальция: способы получения и химические свойства

Нитрат кальция Ca(NO₃)₂ — соль щелочного металла кальция и азотной кислоты. Белый, при нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде (гидролиза нет).

Относительная молекулярная масса M_r = 164,09; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,36; t_пл = 561º C (разлагается).

Способ получения

1. Нитрат кальция можно путем взаимодействия кальция и разбавленной азотной кислоты, образуется нитрат кальция, оксид азота (I) и вода:

если кальций будет взаимодействовать с очень разбавленной азотной кислотой , то на выходе будет образовываться нитрат кальция, нитрат аммония и вода:

2. В результате взаимодействия сульфида кальция и концентрированной азотной кислоты образуется нитрат кальция, сера, оксид азота (IV) и вода:

Качественная реакция

Качественная реакция на нитрат кальция — взаимодействие с медью при нагревании в присутствии концентрированной кислоты:

1. При взаимодействии с серной кислотой и медью, нитрат кальция образует сульфат кальция, нитрат меди, бурый газ оксид азота и воду:

Химические свойства

1. Hитрат кальция разлагается при температуре 450 — 500º С с образованием нитрита кальция и кислорода:

а если температуре поднимется выше 561 о С, то на выходе реакции будут образовываться оксид кальция, оксид азота (IV) и кислород:

2. Нитрат кальция реагирует с простыми веществами :

2.1. Нитрат кальция вступает в реакцию с атомным водородом (цинком и в присутствии соляной кислоты). В результате реакции образуется нитрат кальция и вода :

3. Возможны реакции между нитратом кальция и сложными веществами :

Нитрат кальция вступает в реакцию с cолями :

В результате реакции между нитратом кальция и гидрофосфатом натрия при кипении образуется фосфат кальция, азотная кислота и нитрат натрия:

Нитрат кальция ГОСТ 4142-77

(безводная) 164,088 г/моль;

(тетрагидрат) 236,15 г/моль

(безводная) 2,504 г/см³;

(тетрагидрат) 1,896 г/см³

(безводная) 561 °C;

(тетрагидрат) 42,7 °C

(тетрагидрат) 132 °C

моноклинная (тетрагидрат)

Нитрат кальция
Традиционные названия	кальциевая селитра, норвежская селитра, азотнокислый кальций
Хим. формула	Ca(NO3)2
Состояние	гранулы сферической формы белого, светло-серого, светло-бежевого цвета
Молярная масса
Т. всп.	негорючая °C
Мол. теплоёмк.	149,33 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	-937,2 кДж/моль
Растворимость в воде	Безводной: 121,2 г/100 мл (20 °C); 271,0 г/100 мл (40 °C); 359 г/100 мл (51,6 °C). Тетрагидрата: 102 г/100 мл (0 °C); 129 г/100 мл (20 °C); (100 °C) 363 г/100 мл
Растворимость в	спирте и ацетоне
Кристаллическая структура
Рег. номер CAS
PubChem	24963
Рег. номер EINECS	233-332-1
SMILES
RTECS	EW2985000
ChEBI	64205
Номер ООН	1454
ChemSpider	23336 и 21500286
ГОСТ	ГОСТ 4142-77
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Кальция нитрат (кальциевая селитра, азотнокислый кальций) — неорганическая соль азотной кислоты. Соединение сильно гигроскопично, поэтому его хранят без доступа влаги. Химическая формула Ca(NO₃)₂.

Содержание

• 1 Свойства
  • 1.1 Физические свойства
  • 1.2 Химические свойства
• 2 Получение
  • 2.1 Реакции с получением нитрата кальция
• 3 Применение
  • 3.1 В сельском хозяйстве
  • 3.2 В пиротехнике

Свойства

Физические свойства

Химические свойства

При 500 °C начинает разлагаться с выделением O₂ и образованием сначала Ca(NO₂)₂, а затем CaO и NO₂. Кальциевая селитра при нормальных условиях негорючая, пожаро- и взрывобезопасная, устойчивая в интервале температур от −60 °C до +155 °C.

Получение

Получают кальция нитрат действием HNO₃ на известняк или поглощением нитрозных газов (в основном NO₂) известковым молоком. Применяют кальция нитрат как азотное удобрение и для получения особо чистого CaO.

Для получения гранулированной кальциевой селитры используется способ низкотемпературной нейтрализации азотной кислоты природным известняком или продуктами переработки известняка.

Реакции с получением нитрата кальция

Нитрат кальция производится путём обработки известняка с азотной кислотой, после нейтрализации аммиака:

Он также является побочным продуктом процесса Оддо при добыче фосфата кальция:

Так же как нитраты других щелочноземельных металлов и LiNO₃, кальциевая селитра при нагревании разлагается на выпуске диоксида азота:

Также нитрат кальция можно получить проделав следующие реакции:

Также образование нитрата кальция возможно и за счет атмосферных явлений:

Применение

Гранулированный, безводный нитрат кальция, применяется как добавка в бетон, в качестве удобрения, для приготовления рассола в холодильной технике, в производстве реактивов, стеклопластиков, а также как один из компонентов для производства взрывчатки.

В сельском хозяйстве

Нитрат кальция является физиологическим щелочным удобрением, пригодным для всех почв и прежде всего для закисленных почв. В сельском хозяйстве применяют как азотное удобрение. Выпускают в гранулированном виде; товарный продукт должен содержать не менее 15,5 % азота, кроме того, к нему добавляют в процессе производства 4—7 % нитрата аммония для уменьшения гигроскопичности удобрения; содержание влаги не должно превышать 15 %. Нитрат кальция вносят под все культуры. Наиболее эффективен на кислых почвах, особенно для весенней подкормки озимых.

В пиротехнике

Несмотря на то, что нитрат кальция в смеси с горючими веществами способен давать недорогой источник кирпично-красного пламени, применение его в этом качестве крайне ограничено из-за сильной гигроскопичности.

Производство нитрата кальция из известняка и азотной кислоты

На диаграмме рис. 352 изображено равновесие в системе Ca(N03)2—HN03—Н20 при 25°. Точки S2, S2 и S4 соответствуют Ди-, три — и тетрагидрату Ca(N03)2- Области существования Этих кристаллогидратов находятся в пределах заштрихованных криволинейных треугольников: в треугольнике SkMiN’ — тетрагид — рат, в треугольнике S3MMi—-тригидрат, в треугольнике S2MN — Дигидрат. Эти области ограничены кривой N’M^MN растворимости кристаллогидратов в кислых растворах и линиями перехода кри­сталлогидратов. Ниже и левее линии растворимости находится об­ласть ненасыщенных кислых растворов.

Для получения иитрата кильция применяется обычно слабая азотная кислота. При нейтрализации известняком 30%-ной (Л) или

18%-ной (А’) азотиой кислоты изменение состава раствора по мере нейтрализации изображается прямыми АВ и А’В’. Эти прямые не пересекают кривой насыщения N‘MiMN. Следовательно, твердую соль можно получить лишь после выпаривания нейтрализованного раствора.

Допустим, что в результате нейтрализации 30%-иой кислоты из­вестняком получеи слабокислый раствор, состав которого изобра­жается точкой Р0. При выпаривании этого раствора фигуративная точка системы, из которой удаляется вода, будет передвигаться вдоль прямого луча PqP. На этом луче интервал PtP соответствует содержанию в системе приблизительно 75—78% Ca(N03)2. Если состав раствора после выпаривания изображается точкой Р, то при его охлаждении до 25° выкристаллизуется смесь ди — и тригидрата. Состав этой смеси изображается точкой 5, а состав маточного раствора — точкой М.

Если же выпаривание произведено до точки Р, то после охлаждения до 25° будет получена смесь кристаллов три — и тетра — гидрата состава Si; состав маточного раствора в этом случае изо­бразится точкой Mi. При выпаривании до точки Р3 после охлажде­ния будут получены кристаллы тригидрата Ca(N03)2 • ЗН20.

Нейтрализацию кускового известняка или мела осуществляют обычно в башнях циркулирующей 40—48%-иой азотной кислотой. Кислый раствор кальциевой селитры, вытекающий из башни, про­ходит отстойники для отделения от частиц песка и других нерас­творимых примесей и снова подается иа орошение башни.

Когда остаточная кислотность раствора понизится до 1,5—1,9% HN03, его отводят иа донейтрализацию аммиаком или известью — пушонкой. При применении аммиака в кальциевой селитре обра­зуется некоторое количество нитрата аммония, в присутствии ко­торого облегчается процесс кристализации Ca(N03)2 из плава.

Башни, донейтрализатор, отстойники и насосы изготовляются из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т. Для фильтрования обра­зующихся вязких растворов Ca(N03)2 обычно применяют фильтр — прессы. Отфильтрованный раствор, содержащий

49% Ca(N03)2 и 3% NH4N03, выпаривают под вакуумом до 75—82% Ca(N03)2. Получаемый плав кальциевой селитры кристаллизуют иа охлаж­дающих вальцах или в грануляционной башне.

В СССР кальциевую селитру производят ие из азотной кислоты, а из отбросных нитрозных газов, что дает более дешевый продукт.

Производство нитрата кальция из нитрозных

R а 3 Q в 210, 211, 214, 215

При промывке нитрозных газов известковым молоком обра­зуется щелок, содержащий нитрит кальция с примесью некоторого количества нитрата кальция:

Са(ОН)2 + NO + NOj = Ca(N02)2 + Н20 2Са(ОН)2 + 4N02 = Ca(N03)2 + Ca(N02)2 + 2Н20

Абсорбцию нитрозных газов известковым молоком осуществ­ляют в башиях циркулирующим раствором, в котором поддержи­вают избыточную щелочность до 30 г/л добавкой к иему известко­вого молока, содержащего 100—130 г/л СаО или сухой извести, что позволяет получать более концентрированный щелок. Темпера­тура щелока, поступающего на орошение, 30—35°. Из хвостовых газов улавливается ие менее 92% окислов азота.

Вытекающий из абсорбционных башен щелок подвергается’ инверсии азотной кислотой с целью перевода нитрита в нитрат: 3Ca(N02)2 + 4HN03 = 3Ca(N03)2 + 2Н20 + 4NO

Выделяющиеся при инверсии окислы азота возвращают в аб­сорбционную систему производства слабой азотной кислоты. Ин­версию проводят при обогреве острым паром и при интенсивном перемешивании раствора сжатым воздухом (рис. 353).

В инвертированном растворе Ca(N03)2 остается избыток азот­ной кислоты, которую нейтрализуют аммиаком. При этом обра­зуется некоторое количество аммиачной селитры, что в данном слу­чае является полезным (стр. 1215). Далее раствор фильтруют, по­догревают до 60—70° и направляют на выпаривание в одно — и. многокорпусные выпарные установки. Обычно применяют выпар­ные аппараты вертикального типа с внутренней или выносной греющей камерой.

Рис. 353. Схема производства кальциевой селитры методом щелочного поглощения нитрозных газов:

/ — поглотительная башня; 2 — сборник нитрит-нитратного раствора; 3 — центробежный насос; 4 — инвертор; 5 — донейтрализатор; 6 — фильтрпресс; 7 —напорный бачок для отфильтрованного раствора; 8 —выпарной аппарат; 9 — барометрический конденсатор; 10 — сборник выпаренного раствора кальциевой селитры; 11 — сборник плава кальцие­вой селитры; 12 — барометрический ящнк; 13 — охлаждающие вальцы.

При одноступенчатой схеме выпарки (однокорпусная установ­ка) выпаривание проводится при следующих условиях:

TOC o «1-3» h z Давление греющего пара, ат. •. 5

Разрежение в аппарате, мм рт. ст. 500

Температура плава на выходе из аппарата, °С. . 120

Температура сокового пара, °С. 105

Состав раствора, поступающего на выпарку. Г. 25% Ca(N03)2

Состав плава на выходе из аппарата . 77—82% Ca(N03)2

В случае применения трехступенчатой выпарки первый и вто­рой выпарные аппараты работают непрерывно, третий — периоди­чески. Режим работы трехкорпусной установки характеризуется следующими показателями:

Концентрация раствора, % коРпус корпус к°р»ус

На входе в аппарат. 25 36′ 60

На выходе из аппарата. 36 60 83

Давление греющего пара, ат. 6 1,5 6

Давление сокового пара, ат. 1,5 0,2 0,2

Температура кипения раствора, °С. 118—120 78 — 80 110—11

Кристаллизация является наиболее сложным процессом в про­изводстве кальциевой селитры 214—2i7_ Механизм образования кри­сталлов кальциевой селитры до настоящего времени недостаточно выяснен. Структура образующихся кристаллов соли очень раз­лична: иногда при кристаллизации получаются твердые, легко от­деляющиеся от охлаждающей поверхности агрегаты кристаллов, в других случаях образуется вязкий сиропообразный плав, не засты­вающий в твердую корочку. Даже при сильном переохлаждении плава кальциевой селитры, в некоторых случаях кристаллизация может еще не наступить. Чтобы вызвать кристаллизацию, в плав вносят затравку — кристаллы кальциевой селитры, однако кристал­лизация при этом не всегда проходит одинаково. Большое влияние на процесс кристаллизации кальциевой селитры оказывает аммиач­ная селитра, в присутствии которой скорость кристаллизации Ca(N03)2 увеличивается в 1,5—2 раза с одновременным повыше­нием температуры кристаллизации на 50°. Чем больше содержится аммиачной селитры в растворе, тем лучше идет кристаллизация. Обычно добавка NH4NO3 составляет 5—6% от веса кальциевой се­литры.

Установлено 208, что при содержании 5% аммиачной селитры 72%-ный плав кальциевой селитры (плотность 1,72 г/см3) на охлаж­дающих вальцах совсем не кристаллизуется; плав, содержащий 73—82% Ca(N03)2 + NH4NO3 (плотность 1,76— 1,88 г/см3), кри­сталлизуется хорошо, 83%-ный плав (плотность свыше 1,88 г/См3) Кристаллизуется плохо. Примеси нитратов железа и алюминия почти не оказывают влияния на скорость кристаллизации, в при­сутствии же силикатов и нитрата натрия кристаллизация затруд­няется — получаются липкие и плохо затвердевающие кристаллы соли.

Кристаллизацию кальциевой селитры с добавкой аммиачной селитры на охлаждающих вальцах проводят при 90°; при этом большая часть соли кристаллизуется в виде двухводного гидрата. Температуру плава в корыте вальцов поддерживают около 110°. Перед загрузкой в тару кальциевую селитру следует охладить по крайней мере до 30°, так как горячая соль склонна к слипанию, что ухудшает ее рассеваемость. Охлаждение кальциевой селитры производят в барабане, через который продувают охлажденный воздух. Схема охлаждения воздуха такая же, как и при «холод­ной» сушке аммиачной селитры (стр. 1196).

Для производства 1 т кальциевой селитры [82% Са(Н03)г] расходуется 3,3 т 25%-ного раствора Ca(N03)2, 2 т пара (6 ат), 75 м3 воды, 23,5 кет • ч электроэнергии.

Разработан способ гранулирования кальциевой селитры (а так­же карбамида и других плавов), рекомендуемый вместо охлаж­дения ее на поверхности барабана или разбрызгивания в башне b потоке воздуха. Этот способ заключается в кристаллизации
капель раствора Ca(N03)2, разбрызгиваемых в минеральном мас­ле, содержащем зародыши кристаллов, с последующим отделением гранул от масла центрифугированием 218. —

Рис. 354. Политерма растворимости в системе NaN03—NaN02—Н20.

Предложено также упарку растворов, грануляцию и охлажде­ние нитрата кальция производить в одном аппарате с кипящим слоем 21Э.