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-1∙К-1

S˚ = 106,7 Дж/моль-1∙К-1

∆H˚ = -1432,7 кДж/моль-1∙К-1

∆G = -1320,3 кДж/моль-1∙К-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-1∙К-1

S˚ = 134 Дж/моль-1∙К-1

∆H˚ = -1573 кДж/моль-1∙К-1

∆G = -1435 кДж/моль-1∙К-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-1∙К-1

S˚ = 193,97 Дж/моль-1∙К-1

∆H˚ = -2021,1 кДж/моль-1∙К-1

∆G = -1795,7 кДж/моль-1∙К-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 xCaSO4 ∙yCaO (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]