Кальций: способы получения и химические свойства
Кальций Ca — это щелочноземельный металл, серебристо-белый, пластичный, достаточно твердый. Реакционноспособный. Сильный восстановитель.
Относительная молекулярная масса Mr = 40,078; относительная плотность для твердого и жидкого состояния d = 1,54; tпл = 842º C; tкип = 1495º C.
Способ получения
1. В результате электролиза жидкого хлорида кальция образуются кальций и хлор :
2. Хлорид кальция взаимодействует с алюминием при 600 — 700º С образуя кальций и хлорид алюминия:
3CaCl2 + 2Al = 3Ca + 2AlCl3
3. В результате разложения гидрида кальция при температуре выше 1000º С образуется кальций и водород:
4. Оксид кальция взаимодействует с алюминием при 1200º С и образует кальций и алюминат кальция:
4CaO + 2Al = 3Ca + Ca(AlO2)2
Качественная реакция
Кальций окрашивает пламя газовой горелки в коричнево-красный цвет.
Химические свойства
1. Кальций — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :
1.1. Кальций взаимодействует с азотом при 200 — 450º С образуя нитрид кальция:
1.2. Кальций сгорает в кислороде (воздухе) при выше 300º С с образованием оксида кальция:
2Ca + O2 = 2CaO
1.3. Кальций активно реагирует при температуре 200 — 400º С с хлором, бромом и йодом . При этом образуются соответствующие соли :
1.4. С водородом кальций реагирует при температуре 500 — 700º C с образованием гидрида кальция:
1.5. В результате взаимодействия кальция и фтора при комнатной температуре образуется фторид кальция:
1.6. Кальций взаимодействует с серой при 150º С и образует сульфид кальция:
Ca + S = CaS
1.7. В результате реакции между кальцием и фосфором при 350 — 450º С образуется фосфид кальция:
1.8. Кальций взаимодействует с углеродом (графитом) при 550º С и образует карбид кальция:
Ca + 2C = CaC2
2. Кальций активно взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Кальций при комнатной температуре реагирует с водой . Взаимодействие кальция с водой приводит к образованию гидроксида кальция и газа водорода:
2.2. Кальций взаимодействует с кислотами:
2.2.1. Кальций реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид кальция и водород :
Ca + 2HCl = CaCl2 + H2 ↑
2.2.2. Реагируя с разбавленной азотной кислотой кальций образует нитрат кальция, оксид азота (I) и воду:
если азотную кислоту еще больше разбавить, то образуются нитрат кальция, нитрат аммония и вода:
2.3. Кальций вступает в реакцию с газом аммиаком при 600 — 650º С. В результате данной реакции образуется нитрид кальция и гидрид кальция:
если аммиак будет жидким, то в результате реакции в присутствии катализатора платины образуется амид кальция и водород:
Характеристика химических свойств кальция
Задание 337
Какое свойство кальция позволяет применять его в металлотермии для получения некоторых металлов из их соединений? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций кальция: а) с V2O5; б) СаSO4. В каждой из этих реакций окислитель восстанавливается максимально, приобретая низшую степень окисления.
Решение:
Благодаря большому отрицательному значению G 0 298(СаО) = -604,2 кДж/моль возможно, что кальций способен вытеснять некоторые металлы из их оксидов. Этот метод позволяет применять кальций для получения металлов из их оксидов при действии высокой температуры.
Уравнения реакций кальция:
5Ca 0 + 2V +5 = 5Ca 2+ + 2V 0
б) Ca + СаSO4 = CaO + CaS
4Ca 0 + S +6 = 4Ca 2+ + S 2-
4Са + CaSO4 = 4СаО + CaS
Задание 338
Какие соединения называют негашеной и гашеной известью? Составьте уравнения реакций их получения. Какое соединение образуется при прокаливании негашеной извести с углем? Что является окислителем и восстановителем в последней реакции? Составьте электронные и молекулярные уравнения.
Решение:
СаО – оксид кальция называют «негашеная известь». Са(ОН)2 – гидроксид кальция называют «гашённая известь».
а) Оксид кальция получают при термическом разложении известняка СаСО3:
Этот процесс протекает при температуре 1000 0 С (промышленный метод получения СаО).
б) При спекании известняка и графита получают оксид кальция:
Гашённую известь получают при действии воды на оксид кальция:
При прокаливании негашеной извести с углём образуется карбид кальция:
СаО + 3С СаС2 + СО
2Ca 0 + С 0 = 2Ca 2+ + С 4-
Таким образом, углерод является и окислителем, и восстановителем в данной реакции. Эта реакция является реакцией самоокисления-самовосстановления (реакцией диспропорционирования, дисмутации), потому что протекает с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления одного и того же элемента (С – уголь).
Задание 339
Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) кальция с водой; б) магния с азотной кислотой, учитывая, что окислитель приобретает низшую степень окисления.
Решение:
Лабораторный опыт. Проведение качественной реакции на углекислый газ.
Через 2-3 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) пропустите углекислый газ.
Почему известковая вода мутнеет, если через нее пропускают углекислый газ?
Напишите уравнение протекающей реакции в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция, наблюдается помутнение раствора, это связано с тем, что в результате реакции образуется нерастворимый карбонат кальция:
Ca(OH)2 + CO2 ⟶ CaCO3↓ + H2O
Ca 2+ + 2OH — + CO2 ⟶ CaCO3↓ + H2O
http://buzani.ru/zadachi/khimiya-shimanovich/977-svojstva-kaltsiya-zadachi-337-339
http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/rudzitis-i-feldman-2019/lab/kachestvennaya-reakciya-na-uglekislyy-gaz.html