Сульфат кальция, кристаллогидрат и безводная соль (166001)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

химический факультет

кафедра неорганической химии








СУЛЬФАТ КАЛЬЦИЯ, КРИСТАЛЛОГИДРАТ И

БЕЗВОДНАЯ СОЛЬ

(курсовая работа)






Исполнитель:

студент группы Х-053

Тарасова К. В.

Руководитель:

доцент Бугерко Л. Н.





Кемерово 2006


Содержание


Введение

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Нахождение в природе

1.2 Физические свойства

1.3 Химические свойства

1.4 Жёсткость воды

1.5 Применение

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Способы получения

2.1.1 Первый способ

2.1.2 Второй способ

2.1.3 Получение безводного сульфата кальция

2.2 Расчёт исходных веществ для синтеза

2.3 Оборудование, посуда и реактивы для синтеза

2.4 Техника безопасности

Глава 3. Результаты эксперимента и их обсуждение

3.1 Выполнение эксперимента

3.2 Качественный анализ

Выводы

Список литературы


Введение


Химия элементов и их соединений имеет огромное значение в современной неорганической химии. Среди 30 тыс. неорганических соединений важное место занимает сульфат кальция. Довольно большие залежи сульфата кальция в земной коре позволяют использовать его в качестве сырья для получения многих веществ, в строительстве, в медицине и т. д.

Целью данной курсовой работы является синтез сульфата кальция, изучение его химических свойств и проведение качественного анализа на ионы.

В задачи исследования входило:

  • Проработка литературы по теме;

  • Выбор способа синтеза;

  • Расчёт исходных реагентов и определение условий проведения синтеза;

  • Выбор приборов и оборудования для синтеза;

  • Проведение качественных реакций.


Глава 1. Теоретическая часть


1.1 Нахождение в природе


В природе часто встречаются залежи минерала состава CaSO4 2 H2O.Также содержится в природных водах и морской воде (1800 000 т/км3).

Содержание в воде CaSO4 наряду с MgCl2,MgSO4 придаёт воде постоянную жёсткость. [1]


1.2 Физические свойства


Ангидрит (CaSO4) – белый порошок, пл. 2,90 – 2,99 г/см3 . Жадно поглощает влагу из воздуха. На этом основано применение CaSO4 в качестве осушителя.


М = 136,4 г/моль

Ср˚ = 99,6 Дж/моль-1К-1

S˚ = 106,7 Дж/моль-1К-1

H˚ = -1432,7 кДж/моль-1К-1

G = -1320,3 кДж/моль-1К-1


Мало растворим в воде (0,2% безводной соли при 18˚С, ПР = 6,1*10-5 при 0˚С). Хорошо растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH4+.

Полугидрат CaSO4 0,5 H2O (жжёный гипс, алебастр) – белый порошок, пл. 2.67 – 2,73 г/см3.


М = 145,15 г/моль

Ср˚ = 121 Дж/моль-1К-1

S˚ = 134 Дж/моль-1К-1

H˚ = -1573 кДж/моль-1К-1

G = -1435 кДж/моль-1К-1


Плохо растворяется в воде, растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH4+. Переход CaSO4 0,5 H2O в безводную соль происходит при 225±5˚С.

Дигидрат CaSO4 2 H2O (гипс) – белый порошок, пл. 2,31 – 2.33 г/см3.


М = 172,17 г/моль

Ср˚ = 186,2 Дж/моль-1К-1

S˚ = 193,97 Дж/моль-1К-1

H˚ = -2021,1 кДж/моль-1К-1

G = -1795,7 кДж/моль-1К-1


Плохо растворяется в воде, растворим в кислотах, тиосульфате натрия, глицерине, солях NH4+. CaSO4 2 H2O переходит в CaSO4 0,5 H2O при 150 - 170˚С. [2]


1.3 Химические свойства


При плавлении разлагается (tпл = 1450˚С). Растворимость CaSO4 повышается в присутствии MgCl2, NaCl, HNO3, HCl. Реагирует с концентрированной серной кислотой, восстанавливается углеродом при спекании.


2CaSO4 = 2CaO + 2SO2 + H2O t > 1450˚С

CaSO4 + H2SO4 (конц) = Ca(HSO4)2

CaSO4 +3C = CaS + 2CO + CO2 t = 900˚С

CaSO4 +4CO = CaS + 4CO2 t = 600-800˚С

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 ↓+Na2SO4

CaSO4 2 H2O = CaSO4 0,5 H2O + 1,5H2O t = 150-170˚С

CaSO4 0,5 H2O = CaSO4 + 0,5H2O t = 225±5˚С [3]


1.4 Жёсткость воды


Содержание в воде CaSO4 наряду с MgCl2, MgSO4 придаёт воде постоянную жёсткость. Избавиться от жёсткости воды можно с помощью умягчения воды. Химическое умягчение воды основано на введении в воду реагентов, обогащающих её анионами CO3 2- и ОН-. Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью или содой:

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 ↓+Na2SO4

Широкое распространение получил метод устранения жёсткости воды путём ионообмена. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений – ионитов – обменивать входящие в их состав радикалы на ионы, находящиеся в растворе. Ионитами часто являются алюмосиликаты типа цеолитов, например, Na2[Al2Si2O8]∙nH2O


Na2R + CaSO4 = CaR + Na2SO4


Где R – сложный алюмосиликатный ион.[1]


1.4 Применение


Жжёный гипс, или алебастр – гидрат состава 2CaSO4 H2O – применяется в производстве вяжущих материалов (это порошкообразные вещества, образующиеся при смешивании с водой пластичную массу, затвердевающую в твёрдое прочное тело). Алебастр получаю обжигом гипса 2CaSO4 2 H2O (при температуре 150 - 170˚С). При замешивании теста из порошка 2CaSO4 H2O с водой происходит присоединение воды, сопровождающееся отвердеванием всей массы вследствие закристаллизовывания


2[CaSO4 0,5 H2O]+3H2O=2[2CaSO4 2 H2O]


На этом основано применение гипса при изготовлении строительных перегородочных плит и панелей, слепков с различных предметов, а также в виде известково-гипсовых растворов для штукатурных работ.[1]

Обжиг выше 200˚С ведёт к образованию растворимой формы безводного сульфата кальция, а выше 500˚С – его нерастворимой формы, которая вновь воду уже не присоединяет и поэтому в качестве вяжущего материала использована быть не может («мёртвый гипс»).

Образующиеся при ещё более сильном обжиге (900 - 1200˚С) основные соли состава xCaSO4yCaO (гидравлический гипс), будучи замешаны с водой, вновь дают затвердевающую массу. Её твердение вызывается присоединением воды и кристаллизацией материала, причём образующиеся кристаллы тесно переплетаются и срастаются друг с другом, что обусловливает большую механическую прочность затвердевшей массы. Последняя вместе с тем весьма стойка по отношению к действию воды, изменению температуры и т. д. Гидравлический гипс применяется в строительном деле для изготовления ступеней, подоконников и т. п. и в качестве вяжущего материала. Он был известен египтянам ещё за 2000 лет до н. э. и использовался ими при возведении различных построек.

Кроме других областей применения природный гипс может служить исходным продуктом для комбинированного получения серной кислоты и цемента. Для этой цели размолотую смесь с песком, углём и глиной (а также небольшим количеством окиси железа, играющей в процессе роль катализатора) обжигают во вращающейся цементной печи. Образующийся при обжиге сернистый газ идёт в переработку на серную кислоту, а твёрдый осадок даёт хорошего качества цемент.[4]

Сульфат кальция используется в качестве осушителя при анализе органических соединений. Безводный сернокислый кальций может поглотить 6,6% воды от всей массы. Влажный воздух, пропущенный через трубку с CaSO4 , содержит только 0,005 мг/л H2O. [5]

Также сульфат кальция применяется для изготовления теплоизоляционных материалов (в смеси с асбестом). [6]


Глава 2. Экспериментальная часть


2.1 Способы получения CaSO4


2.1.1 Первый способ

Дигидрат CaSO4 2 H2O можно получить следующим образом:

Профильтрованный 20% раствор CaCl2 осаждают 20% раствором H2SO4, взятой в избытке. После отстаивания сульфата кальция жидкость декантируют или сливают сифоном. Осадок несколько раз промывают декантацией до слабой реакции на ион хлора. Осадок два раза промывают этанолом на воронке Бюхнера и высушивают при 25 – 30˚С до исчезновения запаха спирта. При нагревании дигидрата до 150 - 170˚С он переходит в CaSO4 0,5 H2O. Обезвоживать сульфат кальция можно в фарфоровой чашке или на металлическом противне. Окончание обезвоживания можно контролировать по уменьшению массы исходного вещества. [7]


2.1.2 Второй способ

В отфильтрованный тёплый раствор 20 г (NH4)2SO4 в 250 мл воды приливают раствор 50 г CaCl2 в 200 мл воды и проверяют полноту осаждения (в отфильтрованном растворе при добавлении CaCl2 не должно образовываться осадка). После отстаивания осадок промывают 5 – 6 раз декантацией, отсасывают на воронке Бюхнера и промывают до полного отсутствия ионов NH4+ в промывных водах (проба реактивом Несслера (K2[HgI4] в 2н КОН)). Препарат сушат на пергаментной бумаге при 60-70˚C. Выход составляет 20-22 г (80-85%). Полученный препарат соответствует реактиву квалификации ч. [8]


2.1.3 Получение безводного сульфата кальция

Безводный сульфат кальция получают нагреванием при 225±5˚С двух- или полуводного CaSO4. Температура, при которой высушивают сульфат кальция, имеет большое значение для препарата, который пригоден для быстрого поглощения паров воды (если CaSO4 будет использован в качестве осушителя). Никоем случае нельзя допускать нагревание выше указанной температуры.


Случайные файлы

Файл
56620.rtf
149740.doc
142757.rtf
96030.rtf
145725.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.