Карбонат кальция из нитрата кальция ионное уравнение

Карбонат кальция: способы получения и химические свойства

Карбонат кальция CaCO₃ — соль кальция и угольной кислоты. Белый, при прокаливании разлагается, плавится без разложения под избыточным давлением CO₂. Практически не растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса M_r = 100,09; относительная плотность для тв. и ж. состояния d= 2,93; t_пл = 1242º C при избыточном давлении.

Способ получения

1. Карбонат кальция можно получить путем взаимодействия хлорида кальция и карбоната кальция , образуется карбонат кальция и хлорид натрия:

2. В результате взаимодействия при комнатной температуре оксида кальция и углекислого газа происходит образование карбоната кальция:

3. Гидроксид кальция вступает в взаимодействие с углекислым газом и образует карбонат кальция и воду:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат кальция — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

Химические свойства

1. Карбонат кальция разлагается при температуре выше 900 — 1200º С, с образованием оксида кальция и углекислого газа:

2. Карбонат кальция вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Карбонат кальция реагирует с оксидами :

2.1.1. Карбонат лития вступает в взаимодействие с оксидом кремния при 800º С и образует на выходе силикат кальция и углекислый газ:

2.2. Карбонат кальция реагирует с кислотами :

2.2.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

2.2.2. Карбонат кальция реагирует с разбавленной плавиковой кислотой . Взаимодействие карбоната кальция с плавиковой кислотой приводит к образованию фторида кальция, воды и углекислого газа:

2.2.3. Карбонат кальция взаимодействует с сероводородной кислотой при 900º С и образует сульфид кальция, воду и углекислый газ:

3. Карбонат кальция реагирует с простыми веществами:

3.1. Карбонат кальция при 800 — 850º С вступает в реакцию с углеродом (коксом) образуя оксид кальция и угарный газ:

CaCO₃ + C = CaO + 2CO

Способ получения карбоната кальция

Владельцы патента RU 2265577:

Изобретение относится к способу получения карбоната кальция из нитрата кальция, который используется в лакокрасочной промышленности, стекольной и в сельском хозяйстве. Сущность способа получения карбоната кальция состоит в том, что раствор нитрата кальция, выделенный из азотно-кислотной вытяжки в действующем производстве сложных минеральных удобрений на основе азотно-кислотной переработки апатитового концентрата, обрабатывают аммиаком и диоксидом углерода или карбонатом аммония, отделяют образовавшийся целевой продукт, промывают его водой и сушат до остаточной влажности не более 1 мас.%, при этом перед сушкой предварительно обрабатывают раствором нитрата кальция и/или азотной кислоты с расходом реагентов в пределах 5÷20 кг на 1 т целевого продукта. Технический результат: способ позволяет получить карбонат кальция, который даже при длительном хранении на складах не дает запаха аммиака при сохранении физико-химических свойств продукта. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к получению карбоната кальция, в частности к получению карбоната кальция из нитрата кальция, выделенного в процессе азотно-кислотной переработки природных кальцийфосфатов в сложные удобрения.

Известен способ получения карбоната кальция из нитрата кальция путем обработки водного раствора нитрата кальция карбонатом калия с последующим отделением осадка целевого продукта (а.с. СССР №833517, МПК 7 С 01 F 11/18, С 01 D 9/12, опубл. 30.05.1981). Способ предусматривает использование дорогостоящего и дефицитного реагента и не нашел промышленного использования.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения карбоната кальция из нитрата кальция, выделяемого из азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата, включающий обработку раствора нитрата кальция аммиаком и диоксидом углерода или карбонатом аммония, отделение осадка целевого продукта, его промывку водой и сушку (Комплексная азотно-кислотная переработка фосфатного сырья. Под ред. А.Л.Гольдинова, Б.А.Копылева. — Л.: Химия, 1982, с.140-146).

Недостаток известного способа заключается в появлении запаха аммиака при хранении в складах карбоната кальция, что осложняет применение такого реагента. Появляющийся запах обусловлен наличием в продукте водонерастворимых соединений аммонийного азота, так называемого «структурного» азота, который входит в кристаллическую решетку. Указанные соединения способны разлагаться с выделением аммиака.

Технической задачей, решаемой предлагаемым способом, является устранение появления запаха аммиака при хранении.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения карбоната кальция из нитрата кальция, выделенного из азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата, включающем обработку раствора нитрата кальция аммиаком и диоксидом углерода или карбонатом аммония, отделение осадка целевого продукта, его промывку водой и сушку, согласно изобретению промытый осадок перед сушкой предварительно обрабатывают раствором нитрата кальция и/или азотной кислоты.

Расход реагентов поддерживают в пределах 5-20 кг на 1 т целевого продукта в пересчете на нитрат кальция.

Сушку целевого продукта ведут до остаточной влажности не более 1 мас.%.

Опыты проводят с влажным промытым карбонатом кальция, полученным обработкой раствора нитрата кальция карбонатом аммония в действующем производстве сложных минеральных удобрений на основе азотно-кислотной переработки апатитового концентрата.

Состав исходного материала в пересчете на сухое вещество, % (здесь и далее % массовые):

К влажному карбонату кальция в количестве 100 г добавляют 2,75 г 30%-ного водного раствора нитрата кальция, который получают путем нейтрализации карбонатом кальция раствора нитрата кальция, выделенного из азотно-кислотной вытяжки с последующим отделением осадка примесей фосфатов и фторидов. Реагенты перемешивают для равномерного распределения нитрата кальция по всему объему реакционной смеси и высушивают при температуре 105°С. Получают 90 г целевого продукта с остаточной влажностью 0,5%.

Расход нитрата кальция составляет 9 г на 1 кг целевого продукта (т.е. 9 кг на 1 т целевого продукта).

Значение рН 10%-ной водной суспензии высушенного продукта 6,5.

Часть полученного продукта в количестве 70 г помещают в стеклянную колбу вместимостью 250 см 3 , колбу закрывают пробкой и оставляют на 28 суток. Затем колбу открывают и исследуют газовую фазу:

— органолептически аммиак не обнаружен;

— индикаторная бумага, смоченная водой и опущенная в колбу, цвет не изменяет, что также свидетельствует об отсутствии в газовой фазе аммиака.

Значение рН 10%-ной водной суспензии продукта после выдержки не изменяется. Следовательно, в целевом продукте аммиак, который потенциально мог сорбироваться в порах, также отсутствует.

Из совокупности всех данных следует, что выделение аммиака в газовую фазу из полученного продукта при его хранении отсутствует, что гарантирует отсутствие запаха аммиака на складе карбоната кальция.

Проводят серию аналогичных опытов, в которых изменяют реагент для обработки карбоната кальция, его расход, остаточную влажность целевого продукта.

Для обработки карбоната кальция используют:

— 25%-ный водный раствор азотной кислоты;

— кислый раствор нитрата кальция, полученный растворением в воде нитрата кальция, выделенного из азотно-кислотной вытяжки, и содержащий 40% нитрата кальция и 5% азотной кислоты.

Расход реагентов для обработки изменяют в пределах 5-20 г на 1 кг целевого продукта в пересчете на нитрат кальция (т.е. 5-20 кг на 1 т целевого продукта).

Остаточную влажность целевого продукта поддерживают в пределах 0,3-1%.

Во всех опытах выделение аммиака из полученного продукта при его хранении отсутствует.

Проводят серию опытов для обоснования заявленных пределов.

Исследование газовой фазы в колбах с высушенным продуктом проводят через 3, 7, 10 и 14 суток хранения.

При расходе реагентов, равном 3 кг нитрата кальция на 1 т целевого продукта, и влажности целевого продукта 0,5% наличие аммиака в газовой фазе обнаруживается через 14 суток хранения.

При влажности целевого продукта 1,2% и расходе реагентов 5 кг нитрата кальция на 1 т целевого продукта, то есть на нижнем заявленном пределе, наличие аммиака в газовой фазе обнаруживается через 10 суток хранения.

Проводят опыт при условиях прототипа. Для этого влажный карбонат кальция высушивают до остаточной влажности 0,5%. Высушенный продукт охлаждают, помещают в стеклянную колбу, закрывают пробкой и оставляют на хранение. Наличие аммиака в газовой фазе обнаруживают уже через 3 суток хранения.

Представленные данные показывают, что предлагаемый способ получения карбоната кальция позволяет исключить появление запаха аммиака на складах даже при длительном хранении целевого продукта.

Положительный эффект обеспечивается наличием нитрата кальция, вводимого в виде раствора нитрата кальция или азотной кислоты, которая конвертируется в нитрат кальция при взаимодействии с карбонатом кальция.

Положительное действие нитрата кальция, по-видимому, может быть объяснено следующим образом: в карбонате кальция присутствуют соединения водонерастворимого аммонийного азота («структурного» азота) в виде двойных солей типа Са(NH₄)₂(СО₃)₂, которые при длительном хранении могут частично диссоциировать по реакции:

В присутствии нитрата кальция диссоциация протекает по реакции, исключающей образование аммиака:

Кроме того, введение нитрата кальция в целевой продукт в заявленных пределах не ухудшает рассыпчатость продукта и не увеличивает гигроскопичность, то есть не ухудшает его физико-химических свойств.

1. Способ получения карбоната кальция из нитрата кальция, выделенного из азотнокислотной вытяжки апатитового концентрата, включающий обработку раствора нитрата кальция аммиаком и диоксидом углерода или карбонатом аммония, отделение осадка целевого продукта, его промывку водой и сушку, отличающийся тем, что промытый осадок перед сушкой предварительно обрабатывают раствором нитрата кальция и/или азотной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход реагентов поддерживают в пределах 5-20 кг на 1 т целевого продукта в пересчете на нитрат кальция.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку целевого продукта ведут до остаточной влажности не более 1 мас.%.

Карбонат кальция из нитрата кальция ионное уравнение

Реакции ионного обмена, протекающие между растворами солей

I. Запишем уравнение реакции между растворами карбоната натрия и хлорида кальция.

В результате этого взаимодействия образуется осадок карбоната кальция и хлорид натрия.

Рис. 1. Осадок карбоната кальция

Na 2CO 3 +CaCl 2 = CaCO 3 ↓ + 2NaCl — молекулярное уравнение

Рассмотрим сущность данной реакции обмена. Вы знаете, что карбонат натрия в воде диссоциирует на два катиона натрия и карбонат-анион.

Хлорид кальция в воде также диссоциирует на катион кальция и хлорид — анионы.

В ходе реакции осуществляется обмен ионами, приводящий к образованию осадка карбоната кальция.

2Na + + CO3 2- + Ca 2+ + 2Cl — = CaCO 3 ↓ + 2Na + + 2Cl — — полное ионное уравнение.

Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓ – сокращённое ионное уравнение

Химические реакции, протекающие в растворах с участием свободных ионов, называются ионными реакциями.

Запись уравнения реакции с участием ионов называют уравнением в ионной форме (ионное уравнение)

II. Запишем ещё одно уравнение химической реакции, приводящей к образованию осадка карбоната кальция.

При взаимодействии карбоната натрия с нитратом кальция образуется осадок карбоната кальция и нитрат натрия. Запишем уравнение в молекулярной форме:

Na 2CO 3 +Ca(NO 3) 2 = CaCO 3 ↓ + 2NaNO 3 — молекулярное уравнение

Запишем уравнение в ионной форме:

2Na + + CO 3 2- + Ca 2+ + 2NO 3 — = CaCO 3 ↓ + 2Na + + 2 NO 3 — – полное ионное уравнение

Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓ – сокращённое ионное уравнение

Обратите внимание: суть обеих реакций взаимодействия карбоната натрия с нитратом кальция и с хлоридом кальциям сводится к тому, что из катиона кальция и карбонат — аниона образуется нерастворимый карбонат кальция.

Теперь мы видим, что для получения карбоната кальция надо взять такие вещества, чтобы в состав одного вещества входили катионы кальция, а в состав другого – карбонат — ионы.

Сущность реакции ионного обмена отражают с помощью сокращённого ионного уравнения.

Образование осадка сульфата бария

Рассмотрим еще пример реакции ионного обмена, приводящей к образованию осадка.

Запишем уравнение реакции между сульфатом калия и хлоридом бария в молекулярном виде, в сокращённом ионном виде и в полном ионном виде.

K 2SO 4 +BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2KCl – молекулярное уравнение

При взаимодействии сульфата калия и хлоридом бария образуется осадок сульфата бария и хлорид калия. Это молекулярная форма уравнения.

Ниже записана полная ионная форма.

2K + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2Cl — = BaSO 4 ↓ + 2K + + 2Cl — – полное ионное уравнение

Если мы зачеркнём слева и справа одинаковые ионы, то получим сокращённое ионное уравнение.

Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ – сокращённое ионное уравнение

Таким образом, для получения сульфата бария необходимо, чтобы в состав одного вещества входили катионы бария, а в состав другого – сульфат – анионы.

1. Какой из приведенных реакций не соответствует сокращенное ионное уравнение: Ba 2+ + SO₄ 2- = BaSO₄?

Ответ: уравнению №2, т.к. вода тоже является неэлектролитом и на ионы не распадается: Ba 2+ + 2OH — + 2H + + SO₄ 2- = BaSO₄ + 2H₂O

2. Какой из приведенных реакций соответствует сокращенное ионное уравнение Ca 2+ + CO₃ 2- = CaCO₃?

Ответ: уравнение №1, т.к. оба исходных вещества — растворимые соли, распадаются на ионы, а в продуктах реакции только одно вещество CaCO₃выпадает в осадок

3. Реакция между какой парой веществ сопровождается одновременным выпадением осадка и образованием воды?

1) Нитрат калия и хлорид кальция

2) карбонат бария и соляная кислота

3) гидроксид бария и соляная кислота

4) гидроксид бария и серная кислота

4. Реакция между какой парой веществ сопровождается одновременным выделением газа и образованием воды?

1) сульфид натрия и соляная кислота

2) силикат натрия и соляная кислота

3) карбонат натрия и соляная кислота

4) хлорид натрия и серная кислота

5. Какая пара ионов не может одновременно присутствовать в растворе?

Ответ: №2, т.к. ионы меди и сульфид-ионы образуют нерастворимую соль сульфид меди (II)

6. При сливании каких двух растворов в воде практически не остается ионов?

Ответ: №2, т.к. Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2H₂O происходит связывание всех ионов с образованием осадка и воды

7. При добавлении какого вещества к раствору гидроксида натрия происходит выделение газа?

Ответ: №1, т.к. NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃ + H2O