3.6. Синтез гидрида кальция

Используя термодинамические характеристики веществ (приложение – 1), расчетами оцените возможность самопроизвольного протекания в прямом направлении реакции

Са(т) + Н₂(г) = СаН₂(т)

при стандартных условиях. Пренебрегая влиянием температуры на термодина- мические функции, полученные данные можно использовать для оценки само-произвольного протекания реакции синтеза гидрида кальция при 400°С по уравнению ∆G^o_T = ∆Н^o₂₉₈ – 673 ∆S°₂₉₈ (см. тему 2).

Для получения гидрида кальция СаН₂ собрать установку (рис.5), взяв вместо кварцевой трубки 3 трубчатую печь 1 (рис. 6).

Рис.6. Установка для синтеза гидрида кальция

В реактор трубчатой печи 2 (кварцевую или фарфоровую трубку) поместить лодочку 3 с 1 г металлического кальция, очищенного от оксидов. Вытеснив воздух из кварцевой трубки 2 водородом и убедившись в его чистоте, для чего собрать водород на выходе 4 в пробирку и поджечь его вдали от установки, начать нагревание металла.

Поглощение водорода кальцием начинается уже при температуре 300 ^°С, но скорость реакции при этом мала. Поэтому гидрирование следует вести при 350–400 ^oС в течение 1−1,5 ч. Кальций при этой температуре остается в твердом состоянии (t_плCа = 851 ^oС), реакция осуществляется путем диффузии водорода в металл. Если кальций взят в виде крупных кусков, время гидрирования следует немного увеличить. При более высоких температурах происходит разложение гидрида.

После окончания гидрирования гидрид охладить в трубке 2 в токе водорода, после чего вынуть лодочку 3 и быстро перенести гидрид в ампулу, которую тут же запаять, или в склянку с притертой пробкой, которую необходимо залить парафином.

Гидрид кальция бесцветен, но он может быть покрыт белым налетом оксида кальция.

Существуют и другие способы получения СаН₂. Опишите их. Какие хи-мические свойства характерны для гидрида кальция? Какое практическое зна-чение они имеют?

3.7. Задания для самостоятельной работы

9. Изобразить диаграмму молекулярных орбиталей, записать электрон-ную формулу иона Н₂⁻. Сравнить кратность и длины связей в Н₂⁻ и Н₂. Указать, какой молекулярный ион изоэлектронен с ионом Н₂^o и Н₂.

10. Какая молекула, LiH или CsH, имеет большую степень ионности связи? Какая из этих молекул имеет больший дипольный мо­мент?

11. Реакция взаимодействия водорода с хлором

Н₂ + Cl₂ = 2HCI

на свету протекает со взрывом. Пусть этот взрыв представляет со­бой цепную реакцию. По данным об энергиях связи в молекулах Н₂ и Cl₂ (приложение 9) вычислить длину волны света, необходимого для инициирования этой реакции образованием: а) атомов водорода; б) атомов хлора.

12. Почему уравнение для скорости реакции взаимодействия Н₂ с Br₂ име-ет более сложный вид

см

чем для реакции Н₂ с I₂:

см

13. Предложить способ получения НD.

14. Рассчитать энергию ионизации молекулы водорода

Н₂ – е^- = Н₂⁺

(приложения 6, 9).

15. Составить энтальпийную диаграмму процесса получения газообразного иодоводорода из Н₂(г) и I₂(т).

16. Вычислить, сколько кубометров водорода можно получить при 20 °С и Р = 1 атм в результате взаимодействия 1 кг гидрида лития с водой по реакции

LiH + Н₂О = LiOH + Н₂

17. Провести классификацию указанных водородных соедине­ний: С₆Н₆, В₂Н₆, HCI, LiH, А1Н₃, NH₃, СН₄, SnH₄, AsH₃, СаН₂, С₂Н₂, H₂Se, N₂H₄, HN₃, Н₂О₂, Н₂О, TiH₂, HF, Са[ВН₄]₂, LiBH₄. Указать вы­бранные вами класси-фикационные признаки.