Молярная масса cao. Оксид кальция. Физические, термические и химические свойства. Применение. Расчет молярной массы

Оксид кальция - это кристаллическое соединение белого цвета. Другие названия этого вещества - негашеная известь, окись кальция, «кирабит», «кипелка». Оксид кальция, формула которого CaO, и его продукт взаимодействия с (H2O) водой - Ca(OH)2 («пушонка», или гашеная известь) нашли широкое применение в строительном деле.

Как получают оксид кальция?

1. Промышленный способ получения данного вещества заключается в термическом (под воздействием температуры) разложении известняка :

CaCO3 (известняк) = CaO (кальция оксид) + CO2 (углекислый газ)

2. Также кальция оксид можно получить посредством взаимодействия простых веществ:

2Ca (кальций) + O2 (кислород) = 2CaO (кальция оксид)

3. Третий способ кальция заключается в термическом разложении кальция гидроксида (Ca(OH)2) и кальциевых солей нескольких кислородсодержащих кислот:

2Ca(NO3)2 = 2CaO (получаемое вещество) + 4NO2 + O2 (кислород)

оксида кальция

1. Внешний вид: кристаллическое соединение белого цвета. Кристаллизуется по типу хлорида натрия (NaCl) в кубической кристаллической гранецентрированной решетке.

2. Молярная масса составляет 55,07 грамм/моль.

3. Плотность равна 3,3 грамм/сантиметр³.

Термические свойства оксида кальция

1. Температура плавления равна 2570 градусов

2. Температура кипения составляет 2850 градусов

3. Молярная теплоёмкость (при стандартных условиях) равна 42.06 Дж/(моль·К)

4. Энтальпия образования (при стандартных условиях) составляет -635 кДж/моль

Химические свойства оксида кальция

Оксид кальция (формула CaO) - это основной оксид. Поэтому он может:

Растворяться в воде (H2O) с выделением энергии. При этом образуется гидроксид кальция. Эта реакция выглядит так:

CaO (оксид кальция) + H2O (вода) = Ca(OH)2 (кальциевый гидроксид) + 63,7 кДж/моль;

Реагировать с кислотами и кислотными оксидами. При этом образуются соли. Вот примеры реакций:

CaO (кальциевый оксид) + SO2 (сернистый ангидрид) = CaSO3 (сульфит кальция)

CaO (кальциевый оксид) + 2HCl (соляная кислота) = CaCl2 (кальциевый хлорид) + H2O (вода).

Применение оксида кальция:

1. Основные объемы рассматриваемого нами вещества используются при производстве силикатного кирпича в строительстве. Раньше негашеную известь использовали в качестве известкового цемента. Его получали при ее смешивании с водой (H2O). В результате оксид кальция переходил в гидроксид, который потом, поглощая из атмосферы (CO2), сильно твердел, превращаясь в кальция карбонат (CaCO3). Несмотря на дешевизну этого метода, в настоящее время цемент известковый практически не применяется в строительстве, так как он обладает способностью хорошо впитывать и накапливать в себе жидкость.

2. В качестве огнеупорного материала оксид кальция подходит как недорогой и доступный материал. Плавленый кальциевый оксид имеет устойчивость к воздействию воды (H2O), что позволило его применять в качестве огнеупора там, где использование дорогостоящих материалов нецелесообразно.

3. В лабораториях используют кальция для сушения тех веществ, которые с ним не реагируют.

4. В пищевой отрасли данное вещество зарегистрировано в качестве пищевой добавки под обозначением Е 529. Используется в качестве эмульгатора для создания однородной смеси из несмешиваемых между собой веществ - воды, масла и жира.

5. В промышленности кальциевый оксид используют для удаления сернистого ангидрида (SO2) из дымовых газов. Применяют, как правило, 15% раствор водяной. В результате реакции, в которой взаимодействуют и диоксид серы, получается гипс CaCO4 и CaCO3. При проведении экспериментов ученые добивались показателя в 98% отчистки дыма от диоксида серы.

6. Используется в специальной «самогреющейся» посуде. Емкость с небольшим количеством кальциевого оксида располагается между двух стенок сосуда. При прокалывании капсулы в воде начинается реакция с выделением некоторого количества тепла.

Оксид кальция, формула CaO, нередко называют негашеной известью. Настоящая публикация поведает вам о свойствах, получении, а также применении этого вещества.

Определение

Оксид кальция является белым кристаллическим веществом. В некоторых источниках его могут обозвать окисью кальция, негашеной известью, "кипелкой" или кирабитом. Негашеная известь - наиболее популярное тривиальное название данного вещества. Это единственный и высший оксид кальция.

Свойства

Оксид представляет собой кристаллическое вещество, имеющее кубическую границентрированную кристаллическую решетку.

Он плавится при температуре 2570 о С, а кипит при 2850 о С. Это основный оксид, его растворение в воде приводит к образованию гидроксида кальция. Вещество может образовывать соли. Для этого его необходимо добавить к кислоте или кислотному оксиду.

Получение

Его можно получить с помощью термического разложения известняка. Реакция проходит так: карбонат кальция постепенно нагревают, и, когда температура среды достигает 900-1000 о С, он распадается на газообразный четырехвалентный оксид углерода и искомое вещество. Другой способ его получения - простейшая реакция соединения. Для этого небольшое количество чистого кальция опускают в жидкий кислород, далее последует реакция, продуктом которой станет нужный оксид. Также последний можно получить в процессе разложения гадроксида кальция или кальциевых солей некоторых кислородсодержащих кислот при высоких температурах. Например, рассмотрим разложение последних. Если взять нитрат кальция (остаток взят из азотной кислоты) и нагреть его до 500 о С, то продуктами реакции станут кислород, диоксид азота и искомый оксид кальция.

Применение

В основном данное вещество используют отрасли строительства, где с его помощью производят силикатный кирпич. Раньше оксид кальция применяли и при изготовлении известкового цемента, но вскоре последний перестали эксплуатировать из-за впитывания и накапливания этим соединением влаги. А если его использовать для кладки печи, то при накаливании в помещении будет витать удушливый углекислый газ. Также обсуждаемое сейчас вещество известно свей устойчивостью к воздействию воды. Из-за данного свойства оксид кальция применяют в качестве дешевого и доступного огнеупора. Это соединение является необходимым в любых лабораториях при осушении не реагирующих с ним веществ. Оксид кальция в одной из отраслей промышленности известен как пищевая добавка Е529. Также 15-процентный раствор этого вещества нужен для того, чтобы удалять диоксид серы из некоторых газообразных соединений. С помощью оксида кальция также производят "самогреющую" посуду. Это свойство обеспечивается процессом выделения тепла при реакции оксида кальция с водой.

Заключение

Вот и все основные сведения об этом соединении. Как уже упоминалось выше, его часто называют негашеной известью. А знаете ли вы, что понятие извести в химии весьма растяжимое? Существуют также гашеная, хлорная и натровая извести.

H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O; (1)

H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O. (2)

Решение кислоты или основания , участвующихв кислотно-основной реакции, рассчитывается по формуле

М эк (кислоты, основания) = ,

где М – молярная масса кислоты или основания; n – для кислот – число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл; для оснований – число гидроксильных групп, замещенных в данной реакции на кислотный остаток.

Значение эквивалента и молярной массы эквивалентов вещества зависит от реакции, в которой это вещество участвует.

В реакции H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (1) оба иона водорода молекулы H 2 S замещаются на металл и, таким образом, одному иону водорода эквивалентна условная частица ½ H 2 S. В этом случае

Э (H 2 S) = ½ H 2 S, а М эк (H 2 S)= = 17 г/моль.

В реакции H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (2) в молекуле H 2 S на металл замещается только один ион водорода и, следовательно, одному иону эквивалентна реальная частица – молекула H 2 S. В этом случае

Э (H 2 S) = H 2 S, а М эк (H 2 S) = = 34 г/моль.

Эквивалент NaOH в реакциях (1) и (2) равен NaOH, так как в обоих случаях на кислотный остаток замещается одна гидроксильная группа. Молярная масса эквивалентов NaOH равна

М эк (NaOH) = 40 г/моль.

Таким образом, эквивалент H 2 S в реакции (1) равен ½ H 2 S, в реакции (2) −

1 H 2 S, молярные массы эквивалентов H 2 S равны соответственно 17 (1) и 34 (2) г/моль; эквивалент NaOH в реакциях (1) и (2) равен NaOH, молярная масса эквивалентов основания составляет 40 г/моль.

Решение . Молярная масса эквивалентов оксида рассчитывается по формуле

М эк (оксида) = ,

где М – молярная масса оксида; n – число катионов соответствующего оксиду основания или число анионов соответствующей оксиду кислоты; |c.o.| – абсолютное значение степени окисления катиона или аниона.

В реакции P 2 O 5 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2 эквивалент P 2 O 5 , образующего два трехзарядных аниона (РО 4) 3- , равен 1 / 6 P 2 O 5 , а М эк (P 2 O 5) = = 23,7 г/моль. Эквивалент СаО, дающего один двухзарядный катион (Са 2+), равен ½ СаО, а М эк (СаО)= = 28 г/моль.

Пример 2.3. Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалентов фосфора в соединениях РН 3 , Р 2 О 3 и Р 2 О 5 .

Решение. Чтобы определить молярную массу эквивалентов элемента в соединении, можно воспользоваться следующей формулой:

М эк (элемента) = ,

где М А – молярная масса элемента; |c.o.| – абсолютное значение степени окисления элемента.

Степень окисления фосфора в РН 3 , Р 2 О 3 , Р 2 О 5 соответственно равна –3, +3 и +5. Подставляя эти значения в формулу, находим, что молярная масса эквивалентов фосфора в соединениях РН 3 и Р 2 О 3 равна 31/3 = 10,3 г/моль; в Р 2 О 5 – 31/5 = 6,2 г/моль, а эквивалент фосфора в соединениях РН 3 и Р 2 О 3 равен 1 / 3 Р, в соединении Р 2 О 5 – 1 / 5 Р.

Решение . Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей:

М эк (РН 3) = М эк (Р) + М эк (Н) = 10,3 + 1 = 11 г/моль;

М эк (Р 2 О 3) = М эк (Р) + М эк (О) = 10,3 + 8 = 18,3 г/моль;

М эк (Р 2 О 5) = М эк (Р) + М эк (О) = 6,2 + 8 = 14,2 г/моль.

Пример 2.5. На восстановление 7,09 г оксида металла со степенью окисления +2 требуется 2,24 л водорода при нормальных условиях. Вычислить молярные массы эквивалентов оксида и металла. Чему равна молярная масса металла?

Решение. Задача решается по закону эквивалентов. Так как одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то удобно воспользоваться следующей формулой:

где V эк (газа) – объем одного моля эквивалентов газа. Для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов (υ ) в одном моле газа: υ = . Так, М (Н 2) = 2 г/моль; М эк (Н 2) = 1 г/моль. Следовательно, в одном моле молекул водорода Н 2 содержится υ = 2/1 = 2 моль эквивалентов водорода. Как известно, моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) (Т = 273 К, Р = 101,325 кПа) занимает объем 22,4 л. Значит, моль водорода займет объем 22,4 л, а так как в одном моле водорода содержится 2 моль эквивалентов водорода, то объем одного моля эквивалентов водорода равен V эк (Н 2) = 22,4/2 = 11,2 л. Аналогично М (О 2) = 32 г/моль, М эк (О 2) = 8 г/моль. В одном моле молекул кислорода О 2 содержится υ = 32/8 = 4 моль эквивалентов кислорода. Один моль эквивалентов кислорода при нормальных условиях занимает объем V эк (О 2) = 22,4/4 = 5,6 л.

Подставив в формулу численные значения, находим, что М эк (оксида) = г/моль.

Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей. Оксид – это соединение металла с кислородом, поэтому молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму М эк (оксида) = М эк (металла) + М эк (кислорода). Отсюда М эк (металла) = М эк (оксида) − М эк (кислорода) = 35,45 – 8 = 27,45 г/моль.

Молярная масса эквивалентов элемента (М эк) связана с атомной массой элемента (М А) соотношением: М эк (элемента) = , где ½с.о. ½ − степень окисления элемента. Отсюда М А = М эк (металла) ∙ ½с.о. ½ = 27,45×2 = 54,9 г/моль.

Таким образом, М эк (оксида) = 35,45 г/моль; М эк (металла) = 27,45 г/моль; М А (металла) = 54,9 г/моль.

Пример 2.6. При взаимодействии кислорода с азотом получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV). Рассчитать объемы газов, вступивших в реакцию при нормальных условиях.

Решение. По закону эквивалентов число молей эквивалентов веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, равны между собой, т.е. υ (О 2) = υ (N 2) = υ (NO 2). Так как получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV), то, следовательно, в реакцию вступило 4 моль эквивалентов О 2 и 4 моль эквивалентов N 2 .

Азот изменяет степень окисления от 0 (в N 2) до +4 (в NО 2), и так как в его молекуле 2 атома, то вместе они отдают 8 электронов, поэтому

М эк (N 2) = = 3,5 г/моль. Находим объем, занимаемый молем эквивалентов азота (IV): 28 г/моль N 2 – 22,4 л

3,5 г/моль N 2 – х

х = л.

Так как в реакцию вступило 4 моль эквивалентов N 2 , то их объем составляет V (N 2) = 2,8·4 = 11,2 л. Зная, что моль эквивалентов кислорода при нормальных условиях занимает объем 5,6 л, рассчитываем объем 4 моль эквивалентов О 2 , вступивших в реакцию: V (O 2) = 5,6∙4 = 22,4 л.

Итак, в реакцию вступило 11,2 л азота и 22,4 л кислорода.

Пример 2.7. Определить молярную массу эквивалентов металла, если из 48,15 г его оксида получено 88,65 г его нитрата.

Решение. Учитывая, что М эк (оксида) = М эк (металла) + М эк (кислорода), а М эк (соли) = М эк (металла) + М эк (кислотного остатка), подставляем соответствующие данные в закон эквивалентов:

отсюда М эк (металла) = 56,2 г/моль.

Пример 2.8. Вычислить степень окисления хрома в оксиде, содержащем 68,42 % (масс.) этого металла.

Решение. Приняв массу оксида за 100 %, находим массовую долю кислорода в оксиде: 100 – 68,42 = 31,58 %, т.е. на 68,42 частей массы хрома приходится 31,58 частей массы кислорода, или на 68,42 г хрома приходится 31,58 г кислорода. Зная, что молярная масса эквивалентов кислорода равна 8 г/моль, определим молярную массу эквивалентов хрома в оксиде по закону эквивалентов:

; М эк (Cr) = г/моль.

Степень окисления хрома находим из соотношения ,

отсюда |c. o. | = = 3.