Уравнение реакции кальция с соляной кислотой

Кальций: способы получения и химические свойства

Кальций Ca — это щелочноземельный металл, серебристо-белый, пластичный, достаточно твердый. Реакционноспособный. Сильный восстановитель.

Относительная молекулярная масса M_r = 40,078; относительная плотность для твердого и жидкого состояния d = 1,54; t_пл = 842º C; t_кип = 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:

Уравнение реакции кальция с соляной кислотой

ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут сделаны

именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)

Таблица
Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Щелочноземельные металлы. Кальций и его соединения. Жёсткость и способы её устранения

На данном уроке будут рассмотрены свойства элементов IIА группы и образуемых ими веществ. Изучение данной темы проводится по плану: свойства химических элементов, их нахождение в природе, химические свойства простых веществ, свойства и применение сложных веществ.

Во IIА груп­пу вхо­дят бе­рил­лий, маг­ний, каль­ций, строн­ций, барий и радий. По­след­ние че­ты­ре эле­мен­та по­лу­чи­ли на­зва­ние ще­лоч­но­зе­мель­ных. Такое на­зва­ние обу­слов­ле­но тем, что эти эле­мен­ты встре­ча­ют­ся в при­ро­де в со­ста­ве ми­не­ра­лов-кар­бо­на­тов, про­ка­ли­ва­ние ко­то­рых и даль­ней­шее рас­тво­ре­ние по­лу­чен­ных про­дук­тов при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию ще­лоч­но­го рас­тво­ра. От­сю­да и на­зва­ние «ще­лоч­ные земли».

У ато­мов хи­ми­че­ских эле­мен­тов IIА груп­пы на внеш­нем слое на­хо­дит­ся по 2 элек­тро­на. В хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях атомы этих эле­мен­тов вы­сту­па­ют в ка­че­стве вос­ста­но­ви­те­лей, от­да­вая внеш­ние элек­тро­ны и пре­вра­ща­ясь в ионы с за­ря­дом «2+». Ще­лоч­но­зе­мель­ные ме­тал­лы и их соли окра­ши­ва­ют пламя в раз­ные цвета: на­при­мер, каль­ций – в кир­пич­но-крас­ный, строн­ций – в крас­ный, барий – в зе­ле­ный.

Рис. 1. Окра­ши­ва­ние пла­ме­ни со­ля­ми эле­мен­тов груп­пы IIА: а- солью каль­ция, б – солью строн­ция, в- солью бария

II. Нахождение в природе

В виде про­стых ве­ществ эле­мен­ты IIА груп­пы в при­ро­де не встре­ча­ют­ся. Самые рас­про­стра­нен­ные из них – каль­ций и маг­ний – встре­ча­ют­ся в при­ро­де в со­ста­ве ми­не­ра­лов, со­дер­жа­щих, как пра­ви­ло, кар­бо­на­ты и суль­фа­ты этих эле­мен­тов. Также соли каль­ция и маг­ния со­дер­жат­ся в прес­ной и мор­ской воде.

Радий – ра­дио­ак­тив­ный эле­мент. В при­ро­де он встре­ча­ет­ся в со­ста­ве ми­не­ра­лов урана.

KCl • MgCl₂ • 6H₂O – карналлит

CaCO₃ – кальцит (известняк, мрамор и др.)

Лабораторная работа № 4. Изучение взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой (определение порядка реакции)

Лабораторная работа № 4. Изучение взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой (определение порядка реакции)

Цель: определить порядок реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой

1. Получить зависимость электропроводности раствора от времени протекания реакции

2. Определить порядок реакции

Приборы и реактивы

1. Учебно-лабораторный комплекс «Общая химия» в комплектации: центральный контролер или ПК; модуль» Термостат» в комплекте со стаканчиком (100 мл), крышкой, термодатчиком, кондуктометрическим датчиком и мешалкой.

2. Лабораторная посуда (стаканчик объёмом 250 мл, мерный цилиндр объёмом 250 мл и 25 мл, пипетка объёмом 5 мл).

3. Стандартный раствор соляной кислоты.

4. Сухой порошок мрамора.

5. Дистиллированная вода.

Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой проходит по реакции, уравнение которой записано ниже:

Как видно из представленного ионно-молекулярного уравнения при протекании реакции происходит уменьшение числа образующихся ионов, и как следствие этого, при протекании реакции общая электропроводность раствора уменьшается. В связи с этим возможно определение кинетических характеристик по изменению электропроводности.

Так как реакция является гетерогенной – взаимодействие между твёрдым карбонатом и раствором кислоты, то реакция проходит только на поверхности границы раздела фаз. Поэтому скорость реакции определяется удельной поверхностью твёрдого тела (дисперсностью порошка). Кинетическое уравнение гетерогенной реакции можно записать в виде:

Оценку порядка реакции n можно провести в предположении о нулевом, первом или втором порядках реакции, причём необходимо построить графики зависимости в координатах: «» (для нулевого порядка), «» (для первого порядка), «1/» (для второго порядка)

где ,

– текущая электропроводность раствора;

– значение электропроводности раствора не меняющееся во времени после проведения реакции;

– время протекания реакции.

Из графической зависимости определяют порядок реакции. Критерием выбора в данном случае является наилучшее соответствие линейной зависимости в соответствующих координатах.

Для проведения представленной реакции готовят стандартный раствор соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. Методом разбавления готовят раствор соляной кислоты с концентрацией 0,005 моль/л из расчёта получения 250 мл раствора. Полученный раствор используется в качестве рабочего.

Массу порошка мрамора заранее взвешивают с точностью 0,01 г.

Термостат наполняют дистиллированной водой, и устанавливают стаканчик с 50 мл 0,005 моль/л раствора соляной кислоты. Уровень воды в термостате должен быть выше уровня раствора соляной кислоты в стаканчике. Термостат закрывают крышкой и устанавливают кондуктометрический датчик для измерения электропроводности и термодатчик таким образом, чтобы их рабочая поверхность была ниже уровня раствора соляной кислоты на 0,5 – 1 см. В стаканчик опускают магнитную мешалку.

Модуль «Термостат» подключается с помощью специального соединительного шнура к центральному контроллеру. Контроллер соединяется с компьютером с помощью СОМ – порта. Контроллер включается в сеть.

При включенном контроллере запускается программа управления УЛК «Общая химия». В появившемся окне инициализации («Добро пожаловать в УЛК») выбирается вариант работы с УЛК – «Работа с контроллером». При правильно подсоединённом модуле и контроллере появятся надписи: «Контроллер активен» и «Модуль: Термостат». Затем осуществляется вход в программу управления УЛК путём нажатия кнопки «Вход».

После успешного входа в программу, соответствие между измерительными каналами и датчиками устанавливается автоматически, необходимо лишь включить используемые в работе датчики. Для этого устанавливается галочка напротив датчика 1 и 6 (при этом в столбце «Текущие значения» появится текущее значение температуры и электропроводности раствора).

Для работы кондуктометрического датчика включается источник переменного напряжения на вкладке «Исполнительные устройства». Для перемешивания раствора включается магнитная мешалка и устанавливается необходимая скорость перемешивания. Стакан с реакционным раствором необходимо термостатировать. Для этого термостат включают на поддержание требуемой температуры для этого нажимают на кнопку напротив слова «Термостат» и записывают необходимое значение температуры.

В ходе работы периодически измеряется температура раствора, поэтому устанавливается автоматический режим записи данных. Для этого в группе элементов «Параметры измерения» включается пункт «Автоматический режим» (необходимо поставить галочку). После этого настраиваются параметры одиночного измерения: включается пункт «Усреднение» (необходимо установить галочку), «Интервал измерений» ? 20 с.

Далее обеспечивают постоянное перемешивание раствора в стаканчике и, когда температура в нём установится с точностью до одного градуса, проводят реакцию.

В специальное устройство засыпают 0,2 грамма порошка мрамора и устанавливают его в крышке. Ввод порошка мрамора в раствор соляной кислоты проводят при постоянном перемешивании. Не выключая перемешивание, начинают измерение электропроводности. После нажатия кнопки «Измерение» начнётся запись данных в банк, появится окно состояния измерения – «Обмен данными с контроллером». Эксперимент необходимо проводить до тех пор, пока значение электропроводности не станет постоянным. При построении графиков необходимо учитывать это значение, отнимая его от экспериментальных значений электропроводности.

После проведения измерения текущий эксперимент дополняется результатом измерения. По окончании проведения измерения, полученные значения электропроводности исследуемого раствора передаются на график и в таблицу. Для этого необходимо перейти в окно «Графики» и построить график. Добавление графика осуществляется после нажатия кнопки «Добавить график» (на панели инструментов). Далее, в специальном окне определяется соответствие между координатами графика и данными, полученными на измерительных каналах или временем (значение варьируемого параметра). Выбирается для оси абсцисс (х) «Время» а для оси ординат (у) – требуемы й канал (в нашем случае – 6.Проводимость)

Результаты эксперимента передаются на результирующий график.

(Время), с

Рис.1 ? Зависимость электропроводности раствора от времени протекания реакции в координатах «».

(Время), с

Рис.2 ? Зависимость электропроводности раствора от времени протекания реакции в координатах «».

(Время), с

Рис.3 ? Зависимость электропроводности раствора от времени протекания реакции в координатах «1/».

Пример определения порядка реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой

В стаканчик с 50 мл 0,005М раствора соляной кислоты добавляют 0,1 г порошка мрамора при перемешивании. При включенном перемешивании начинают измерение электропроводности каждые 20 с в течение 30 минут (90 точек).

Значение электропроводности изменялось до постоянного значения – 0,96 мСм. По полученным данным были построены графики зависимости «» в координатах: «» (для нулевого порядка), «» (для первого порядка), «» (для второго порядка)

где

– текущая электропроводности раствора, мСм;

0,96 – значение электропроводности раствора не меняющееся во времени после проведения реакции, мСм,

– время протекания реакции, с.

Из графической зависимости определяется порядок реакции. В данном случае график зависимости в координатах «» показывает наилучшее соответствие линейной зависимости. Поэтому делается вывод о том, что порядок реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой первый.