Сульфат кальцію кристалогідрат та пуща сіль

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти і науки РФ
ГОУ ВПО «Кемеровський ГОСУДАРСТВННИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
хімічний факультет
кафедра неорганічної хімії
СУЛЬФАТ КАЛЬЦІЮ, кристалогідратів і
Безводний СІЛЬ
(Курсова робота)
Виконавець:
студент групи Х-053
Тарасова К. В.
Керівник:
доцент Бугерко Л. М.
Кемерово 2006

Зміст
Введення
Глава 1. Теоретична частина
1.1 Знаходження в природі
1.2 Фізичні властивості
1.3 Хімічні властивості
1.4 Жорсткість води
1.5 Застосування
Глава 2. Експериментальна частина
2.1 Способи отримання
2.1.1 Перший спосіб
2.1.2 Другий спосіб
2.1.3 Отримання безводного сульфату кальцію
2.2 Розрахунок вихідних речовин для синтезу
2.3 Обладнання, посуд та реактиви для синтезу
2.4 Техніка безпеки
Глава 3. Результати експерименту та їх обговорення
3.1 Виконання експерименту
3.2 Якісний аналіз
Висновки
Список літератури

Введення
Хімія елементів та їх сполук має величезне значення в сучасній неорганічної хімії. Серед 30 тис. неорганічних сполук важливе місце займає сульфат кальцію. Досить великі поклади сульфату кальцію в земній корі дозволяють використовувати його в якості сировини для одержання багатьох речовин, в будівництві, в медицині і т. д.
Метою даної курсової роботи є синтез сульфату кальцію, вивчення його хімічних властивостей і проведення якісного аналізу на іони.
У завдання дослідження входило:
· Опрацювання літератури з теми;
· Вибір способу синтезу;
· Розрахунок вихідних реагентів і визначення умов проведення синтезу;
· Вибір приладів та обладнання для синтезу;
· Проведення якісних реакцій.

Глава 1. Теоретична частина
1.1 Знаходження в природі
У природі часто зустрічаються поклади мінералу складу CaSO 4 лютому H 2 O. Також міститься в природних водах і морській воді (1800 000 т / км 3).
Вміст у воді CaSO 4 поряд з MgCl 2, MgSO 4 надає воді постійну твердість. [1]
1.2 Фізичні властивості
Ангідрит (CaSO 4) - білий порошок, пл. 2,90 - 2,99 г / см 3. Жадібно поглинає вологу з повітря. На цьому грунтується застосування CaSO 4 як осушувача.
М = 136,4 г / моль
З р ˚ = 99,6 Дж / ​​моль-1 К -1
S ˚ = 106,7 Дж / ​​моль-1 К -1
ΔH ˚ = -1432,7 кДж / моль-1 К -1
ΔG = -1320,3 кДж / моль-1 К -1
Мало розчинний у воді (0,2% безводної солі при 18 ˚ С, ПР = 6,1 * 10 -5 при 0 ˚ С). Добре розчинний у кислотах, тіосульфат натрію, гліцерині, солях NH 4 +.
Полугидрат CaSO 4 0,5 H 2 O (палений гіпс, алебастр) - білий порошок, пл. 2.67 - 2,73 г / см 3.
М = 145,15 г / моль
З р ˚ = 121 Дж / ​​моль-1 К -1
S ˚ = 134 Дж / ​​моль-1 К -1
ΔH ˚ = -1573 кДж / моль-1 К -1
ΔG = -1435 кДж / моль-1 К -1
Погано розчиняється у воді, розчинний у кислотах, тіосульфат натрію, гліцерині, солях NH 4 +. Перехід CaSO 4 0,5 H 2 O у безводну сіль відбувається при 225 ± 5 ˚ С.
Дигідрат CaSO 4 Лютого H 2 O (гіпс) - білий порошок, пл. 2,31 - 2.33 г / см 3.
М = 172,17 г / моль
З р ˚ = 186,2 Дж / ​​моль-1 К -1
S ˚ = 193,97 Дж / ​​моль-1 К -1
ΔH ˚ = -2021,1 кДж / моль-1 К -1
ΔG = -1795,7 кДж / моль-1 К -1
Погано розчиняється у воді, розчинний у кислотах, тіосульфат натрію, гліцерині, солях NH 4 +. CaSO 4 лютого H 2 O переходить в CaSO 4 0,5 H 2 O при 150 - 170 ˚ С. [2]
1.3 Хімічні властивості
При плавленні розкладається (t пл = 1450 ˚ С). Розчинність CaSO 4 підвищується у присутності MgCl 2, NaCl, HNO 3, HCl. Реагує з концентрованою сірчаною кислотою, відновлюється вуглецем при спіканні.
2CaSO 4 = 2CaO + 2SO 2 + H 2 O t> 1450 ˚ С
CaSO 4 + H 2 SO 4 (конц) = Ca (HSO 4) 2
CaSO 4 +3 C = CaS + 2CO + CO 2 t = 900 ˚ С
CaSO 4 +4 CO = CaS + 4CO 2 t = 600-800 ˚ С
CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
CaSO 4 лютого H 2 O = CaSO 4 0,5 H 2 O + 1,5 H 2 O t = 150-170 ˚ С
CaSO 4 0,5 H 2 O = CaSO 4 + 0,5 H 2 O t = 225 ± 5 ˚ С [3]
1.4 Жорсткість води
Вміст у воді CaSO 4 поряд з MgCl 2, MgSO 4 надає воді постійну твердість. Позбутися від жорсткості води можна за допомогою пом'якшення води. Хімічне пом'якшення води засновано на введенні у воду реагентів, що збагачують її аніонами CO 3 2 - та ОН -. Для цього природну воду обробляють гашеним вапном або содою:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Широке поширення набув метод усунення жорсткості води шляхом іонообміну. У цьому методі використовується здатність деяких природних і штучних високомолекулярних сполук - іонітів - обмінювати входять до їх складу радикали на іони, що знаходяться в розчині. Іонітами часто є алюмосилікати типу цеолітів, наприклад, Na 2 [Al 2 Si 2 O 8] ∙ nH 2 O
Na 2 R + CaSO 4 = CaR + Na 2 SO 4
Де R - складний алюмосилікатний іон. [1]
1.4 Застосування
Палений гіпс, або алебастр - гідрат складу 2CaSO 4 H 2 O - застосовується у виробництві в'яжучих матеріалів (це порошкоподібні речовини, які утворюються при змішуванні з водою пластичну масу, застигаючю в тверде міцне тіло). Алебастр отримую випаленням гіпсу 2CaSO 2 квітня H 2 O (при температурі 150 - 170 ˚ С). При замішуванні тіста з порошку 2CaSO 4 H 2 O з водою відбувається приєднання води, що супроводжується ненням всієї маси внаслідок закрісталлізовиванія
2 [CaSO 4 0,5 H 2 O] +3 H 2 O = 2 [2CaSO 4 лютого H 2 O]
На цьому грунтується застосування гіпсу при виготовленні будівельних перегородкових плит та панелей, зліпків з різних предметів, а також у вигляді вапняно-гіпсових розчинів для штукатурних робіт. [1]
Випал вище 200 ˚ С веде до утворення розчинної форми безводного сульфату кальцію, а вище 500 ˚ С - його нерозчинної форми, яка знову воду вже не приєднує і тому в якості в'яжучого матеріалу використана бути не може («мертвий гіпс»).
Утворені при ще більш сильному випалюванні (900 - 1200 ˚ С) основні солі складу x CaSO 4y CaO (гідравлічний гіпс), будучи замішані з водою, знову дають затвердевающую масу. Її тверднення викликається приєднанням води і кристалізацією матеріалу, причому утворюються кристали тісно переплітаються і зростаються один з одним, що обумовлює велику механічну міцність затверділої маси. Остання разом з тим досить стійка по відношенню до дії води, зміни температури і т. д. Гідравлічний гіпс застосовується в будівельній справі для виготовлення ступенів, підвіконь і т. п. і в якості в'яжучого матеріалу. Він був відомий єгиптянам ще за 2000 років до н. е.. і використовувався ними при зведенні різних споруд.
Крім інших областей застосування природний гіпс може служити вихідним продуктом для комбінованого отримання сірчаної кислоти і цементу. Для цієї мети розмолоту суміш з піском, вугіллям і глиною (а також невеликою кількістю окису заліза, що грає в процесі роль каталізатора) обпалюють у обертовою цементній печі. Утворений при випалюванні сірчистий газ йде в переробку на сірчану кислоту, а твердий осад дає хорошої якості цемент. [4]
Сульфат кальцію використовується як осушувача при аналізі органічних сполук. Безводний сірчанокислий кальцій може поглинути 6,6% води від усієї маси. Вологе повітря, пропущений через трубку з CaSO 4 містить лише 0,005 мг / л H 2 O. [5]
Також сульфат кальцію застосовується для виготовлення теплоізоляційних матеріалів (у суміші з азбестом). [6]

Глава 2. Експериментальна частина
2.1 Способи отримання CaSO 4
2.1.1 Перший спосіб
Дигідрат CaSO 4 Лютого H 2 O можна отримати наступним чином:
Профільтрований 20% розчин CaCl 2 осаджують 20% розчином H 2 SO 4, взятої у надлишку. Після відстоювання сульфату кальцію рідина декантирують або зливають сифоном. Осад кілька разів промивають декантацією до слабкої реакції на іон хлору. Осад два рази промивають етанолом на воронці Бюхнера і висушують при 25 - 30 ˚ С до зникнення запаху спирту. При нагріванні дигідрату до 150 - 170 ˚ С він переходить в CaSO 4 0,5 H 2 O. Зневоднювати сульфат кальцію можна у фарфоровій чашці або на металевому листі. Закінчення зневоднення можна контролювати щодо зменшення маси вихідної речовини. [7]
2.1.2 Другий спосіб
У відфільтрований теплий розчин 20 г (NH 4) 2 SO 4 в 250 мл води доливають розчин 50 г   CaCl 2 в 200 мл води і перевіряють повноту осадження (в відфільтрованому розчині при додаванні CaCl 2 не повинно утворюватися осаду). Після відстоювання осад промивають 5 - 6 разів декантацією, відсмоктують на воронці Бюхнера і промивають до повної відсутності іонів NH 4 + в промивних водах (проба реактивом Несслера (K 2 [HgI 4] в 2н КОН)). Препарат сушать на пергаментним папері при 60-70 ˚ C. Вихід складає 20-22 г (80-85%). Отриманий препарат відповідає реактиви кваліфікації ч. [8]
2.1.3 Отримання безводного сульфату кальцію
Безводний сульфат кальцію отримують нагріванням при 225 ± 5 ˚ С дво-або напівводного CaSO 4. Температура, при якій висушують сульфат кальцію, має велике значення для препарату, який придатний для швидкого поглинання парів води (якщо CaSO 4 буде використаний як осушувача). Ніяким разі не можна допускати нагрівання вище вказаної температури.
Перед висушуванням CaSO 4 лютий H 2 O або CaSO 4 0,5 H 2 O подрібнюють і просіюють через сито (що має осередки 1-2 мм). Відсіяні зерна (а не дрібниця, що пройшла через сито) поміщають в хлоркальциевого трубки, частіше U-подібної форми, які нагрівають 2-3 години при 225 ± 5 ˚ С з простяганням через них повітря, попередньо висушеного над Р 2 О 5. Швидкість протягування повітря ≈ 50 мл / хв. Використаний як осушувача CaSO 4 можна багато разів регенерувати, він нейтральний, хімічно інертний і при насиченні водою не розпливається. [5]
2.2 Розрахунок вихідних речовин для синтезу
У роботі був використаний синтез з п. 2. 1. 1.
CaCl 2 ∙ 2H 2 O + H 2 SO 4 = CaSO 4 2H 2 O + 2 HCl
Щоб отримати ≈ 6 г CaSO 4 лютому H 2 O:
n (CaSO 4 лютого H 2 O) = = 0,034 моль;
n (CaCl 2 ∙ 2H 2 O) = 0,034 моль;
m (CaCl 2 ∙ 2H 2 O) = 0,034 моль * 147 г / моль = 5 г;
m р-ра (CaCl 2 ∙ 2H 2 O) = = 25 г;
m (H 2 O) = V (H 2 O) = 20 мл;
n (H 2 SO 4) = 0.034 моль;
m (H 2 SO 4) = 0,034 моль * 98 г / моль = 3,3 г;
m р - ра (H 2 SO 4) = = 16,5 г;
V р - ра (H 2 SO 4) = = 14,5 мл;
Так як кислоту треба взяти в надлишку, то для реакції візьмемо 20 мл 20% розчину H 2 SO 4.
З кислоти, наявної в лабораторії (92% розчин з ρ = 1,83 г / мл) треба отримати 20 мл 20% розчину H 2 SO 4 (ρ = 1,14 г / мл):
m р-ра (20% H 2 SO 4) = 1,14 г / мл * 20 мл = 22,8 г;
m в - ва (20% H 2 SO 4) = = 4,56 г;
m р - ра (92% H 2 SO 4) = = 4,95 г;
V р - ра (92% H 2 SO 4) = = 2,6 мл;
V (H 2 O) = 17,4 мл.
Таким чином, для синтезу візьмемо 5 г CaCl 2, розчиненого в 20 мл води і 2,6 мл 92% розчину H 2 SO 4, розчиненого в 17,4 мл води.
H 2 SO 4,
2.3 Обладнання, посуд та реактиви для синтезу
Для отримання CaSO 4 взяли:
5 г CaCl 2, розчиненого в 20 мл води,
20 мл 20% розчину H 2 SO 4.
Для проведення якісного аналізу на іони:
AgNO 3, BaCl 2, щавлева кислота.
Для промивання:
етанол, дистильована вода.
Посуд, прилади, матеріали:
мірний циліндр,
піпетка,
хімічний стакан,
порцелянова чашка,
воронка,
пробірки,
скляна паличка,
колба Бунзена,
воронка Бюхнера,
водоструминні насос,
плитка,
ваги,
фільтрувальний папір.
2.4 Техніка безпеки
· При роботі з концентрованою сірчаною кислотою слід бути обережними; всі роботи з нею проводити під тягою;
· При розведенні концентрованої сірчаної кислоти слід наливати кислоту у воду;
· Оскільки при розведенні сірчаної кислоти відбувається виділення тепла, не слід тримати в руках посудину, в якій готується розчин;
· При протоці кислоти на підлогу треба засипати її піском, потім мокрий пісок видалити, і залишки кислоти змити водою;
· При попаданні кислоти на шкіру слід промити обпечене місце 2-3% розчином соди;
· При попаданні реактивів в очі потрібно промити їх водою і звернутися до лікаря;
· При роботі зі скляним посудом і приладами слід дотримуватися обережності.

Глава 3. Результати експерименту та їх обговорення
3.1 Виконання експерименту
Відважити на електронних вагах 5 г CaCl 2, розчинили його в 20 мл води, відфільтрували розчин. Відміряли піпеткою 2,6 мл 92% розчину H 2 SO 4 і влили його у 17,4 мл води, дотримуючись при цьому правил техніки безпеки. Розчин CaCl 2 обложили розчином H 2 SO 4, взятої у надлишку. Після відстоювання рідина злили, а осад продекантіровалі дистильованою водою до слабкої реакції на іон хлору, наявність якого перевіряли розчином AgNO 3. Потім осад перенесли на воронку Бюхнера і промили водою до зникнення реакції на іон хлору (відсутність білого осаду AgCl). Промили осад етанолом, віджали між двома листами фільтрувального паперу і висушили при кімнатній температурі до постійної маси. Зважили отримана речовина:
m теор = 6 г;
m практ = 4,2 г;
η = 100% = 70%
Втрати продукту могли відбутися в процесі промивання осаду, декантації. При перенесенні осаду зі склянки на фільтр невелика частина сульфату кальцію могла залишитися на стінках склянки, що вплинуло на вихід продукту.
3.2 Якісні реакції
Провели якісні реакції на наявність іонів Ca 2 + і SO 4 2 -

На сульфат-іон:
Якісною реакцією на сульфат-іон є катіон барію Ba 2 +. Хлорид барію з аніоном SO 4 2 - утворює білий осад BaSO 4, не розчинний в кислотах.
CaSO 4 + BaCl 2 = CaCl 2 + BaSO 4
На катіон кальцію:
Якісною реакцією на Ca 2 + є оксалат-іон. При взаємодії солі кальцію зі щавлевою кислотою утворюється білий кристалічний осад CaC 2 O 4, розчинний в соляній, але не розчинний в оцтовій кислоті. [9]
CaSO 4 + H 2 C 2 O 4 = H 2 SO 4 + CaC 2 O 4

Висновки
Таким чином, відповідно до поставлених завдань ознайомилися з літературою по темі, зібрали матеріал про сульфат кальцію, його властивості, знаходження в природі, застосування, способи отримання. Вибрали найбільш оптимальний спосіб і провели синтез CaSO 4 в лабораторних умовах, підібравши необхідні реактиви, посуд і матеріали. У підсумку, вихід продукту склав 70%.

Список літератури
1. Ахметов Н.С. Загальна та неорганічна хімія. Підручник для вузів .- М.: Вища школа, 1998. с. 525
2. Рабинович В.А., Хавін З.Я. Короткий хімічний довідник .- М.: Хімія, 1977. с. 72
3. Лідін Р.А. та ін Хімічні властивості неорганічних речовин .- М.: Хімія, 1997. с. 63
4. Некрасов Б.В. Основи загальної хімії. Том 1 .- М.: Видавництво «Лань», 2003. с. 176
5. Воскресенський П.І. Техніка лабораторних робіт .- Л.: Хімік, 1970. с. 577
6. Коржук Н.Г. Загальна та неорганічна хімія .- М.: інфа-М, 2004, с. 310
7. Ключников Н.Г. Неорганічний синтез .- М.: Просвещение, 1983. с. 149
8. Карякін Ю.В., Ангелів І. І. Чисті хімічні речовини. - М.: Хімія, 1974. с. 151
9. Крешков А.П. Основи аналітичної хімії. Книга 2 .- М.: Хімія, 1965. с. 194, с. 394
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
33.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Визначення вмісту в грунті сульфат іонів
Визначення вмісту в грунті сульфат-іонів
Національні парки світу Біловезька пуща Білорусія
Національні парки світу Біловезька пуща Білорусія
Сіль - благо і зло правда і вигадка
Методичні вказівки до курсового проекту по Електропостачанню в сіль
Гуманізм і жорстокість в Конармії ІЕ Бабеля на прикладі оповідання Сіль
Властивості кальцію
Роль кальцію в порушенні клітини
© Усі права захищені
написати до нас