氧化鈣

化合物

氧化鈣,俗稱生石灰石灰化学式CaO,是常見的无机化合物

氧化鈣
IUPAC名
Calcium oxide
别名 生石灰
识别
CAS号 1305-78-8
PubChem 14778
ChemSpider 14095
SMILES
InChI
InChIKey ODINCKMPIJJUCX-BFMVISLHAU
Gmelin 485425
UN编号 1910
ChEBI 31344
RTECS EW3100000
KEGG C13140
性质
化学式 CaO
摩尔质量 56.0774 g/mol g·mol⁻¹
外观 白色到浅黄、浅棕色固体
氣味
密度 3.34 g/cm3[1]
熔点 2613 °C(2886 K)([1]
沸点 2850 °C(3123 K)(100 hPa[2]
溶解性 反应,形成氢氧化钙
溶解性甲醇 不溶,在乙醚辛醇也不溶
pKa 12.8
磁化率 −15.0×10−6 cm3/mol
结构
晶体结构 立方晶系cF8
热力学
ΔfHmo298K −635 kJ·mol−1[3]
So298K 40 J·mol−1·K−1[3]
药理学
ATC代码
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中腐蚀性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有害物质的标签图案
GHS提示词 Danger
H-术语 H302, H314, H315, H318, H335
P-术语 P260, P261, P264, P270, P271, P280, P301+312, P301+330+331, P302+352, P303+361+353, P304+340, P305+351+338, P310, P312
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
 
闪点 Non-flammable
PEL TWA 5 mg/m3[4]
相关物质
其他阴离子 氢氧化钙
硫化钙
硒化钙
碲化钙
钋化钙
其他阳离子 氧化铍
氧化镁
氧化锶
氧化钡
氧化镭
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

性質编辑

氧化鈣是碱性氧化物,和反应生成氫氧化鈣(熟石灰),该劇烈反应放出大量热,甚至能让水沸腾[5]

 

氧化钙也可以和酸反应,生成相应的钙盐,例如:

 

例如氧化钙和鹽酸反应,會生成氯化鈣

 

将氧化鈣和一起在电炉中共热至攝氏2000度,生成碳化钙(电石)[6]

 

製備编辑

 
烧制石灰的石灰窑

氧化钙通常是石灰窑中含有碳酸钙 CaCO3 的材料(例如石灰石贝壳)的热分解反应英语thermal decomposition而成的。这需要 825 °C(1,517 °F) 以上的温度。[7]这一过程被称为煆燒,把碳酸钙分解成二氧化碳和氧化钙。這也是少數史前已為人所知的化學反應[8]

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

这些氧化钙并不稳定,冷却后会和空气中的二氧化碳自发反应,变回碳酸钙,除非用水消解以形成石灰膏英语lime plaster石灰砂浆英语lime mortar

全球氧化钙的年产量约为 2.83 亿吨。中国是迄今为止世界上最大的生产国,每年总产量约为 1.7 亿吨。美国位居第二,每年约 2000 万吨。[9]

每生产 1吨氧化钙大约需要 1.8 吨石灰石。氧化钙对水有很高的亲和力,是比硅胶更有效的干燥剂。氧化钙与水的反应与它的体积增加至少 2.5 倍有关。[10]

用处编辑

生石灰(氧化钙)熟化的强烈放热反应的演示。将水滴滴到生石灰中的一段时间后,会发生明显的放热反应(石灰熟化),温度可以上升到 300 °C(572 °F)。
  • 氧化钙的主要用处是碱性氧气炼钢英语basic oxygen steelmaking (BOS) 。在一吨钢中,需要用 30至50公斤(65-110英磅)的氧化钙。氧化钙和酸性氧化物,例如 SiO2Al2O3Fe2O3中和,形成碱性熔渣。[10]
  • 氧化钙粉末用于生产加气混凝土英语Aerated concrete块,密度约为 0.6–1.0 g/cm3[10]
  • 氧化钙和氢氧化钙可显着提高含粘土的承载能力。它们通过与细碎的二氧化硅和氧化铝反应,生成具有胶结性能的硅酸钙和铝酸盐。[10]
  • 少量的氧化钙可用于其他工艺,如:玻璃、铝酸钙水泥和有机化合物的生产。[10]
  • 氧化钙也可以用作加热剂。当它以下面的反应水解成氢氧化钙时,会放出热能[11]
CaO (s) + H2O (l) ⇌ Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63.7 kJ/mol of CaO)
当氧化钙水解时,会放热并膨胀。一升水可以和约 3.1公斤(6.8英磅) 的氧化钙反应,形成氢氧化钙和 3.54 MJ的能量。这个反应可用于提供方便的便携式热源,用于自热食品。有一些公司在销售使用这种加热方法的烹饪套件。[12]
  • 氧化钙也是一种食品添加剂,用作酸度调节剂、面粉处理剂和发酵剂。[13]它的E编码E529
  • 当氧化钙被加热到 2,400 °C(4,350 °F)时,会散发出强烈的光芒。这种照明形式被称为石灰光英语Limelight,并在电灯发明之前广泛用于戏剧作品中。[14]
  • 氧化钙是水泥的关键成分。
  • 氧化钙是一种廉价且广泛使用的碱。大约 50% 的氧化钙在使用前会先转化成氢氧化钙。氧化钙和氢氧化钙都用于处理饮用水。[10]
  • 水检测膏是氧化钙和酚酞的混合物。如果这种糊状物与燃料储罐中的水接触,CaO 会与水反应形成氢氧化钙。氢氧化钙具有足够高的 pH 值,可以将酚酞变成鲜艳的粉紫色,表明存在水。
  • 在硫酸盐纸浆厂的化学回收过程中,氧化钙用于从碳酸钠中再生氢氧化钠。
  • 有考古证据表明,前晚新石器时代B英语Pre-Pottery Neolithic B的人类使用基于氧化钙的灰泥,用于地板和其他用途。[15][16][17]这种石灰灰地板英语Lime-ash floor一直被使用到 19 世纪后期。
  • 烟气脱硫的过程中,可以使用氧化钙的固体喷雾剂或浆液从废气流中去除二氧化硫
  • 历史上,人们错误地认为氧化钙可以有效加速尸体的分解。事实上,氧化钙可以保存尸体。氧化钙可以消除分解过程产生的恶臭,这可能导致人们得出错误的结论的原因。[18]

作为武器编辑

公元前 80 年,罗马将军塞多留部署了令人窒息的苛性石灰云来击败西班牙的 Characitani,后者在人迹罕至的洞穴中避难。[19] 公元 178 年,中国使用类似的粉尘来平息农民武装起义,他们用装有风箱的石灰战车将氧化钙粉末吹向人群。[20]

氧化钙被认为是希腊火的组成成分。氧化钙遇水会产生 150 °C(302 °F)的高温,并点燃燃料。[21]

大卫·休谟在他的《英格兰史》中叙述了亨利三世统治初期,英国海军用生石灰使敌方舰队失明,摧毁了一支入侵的法国舰队。[22] 生石灰可能已用于中世纪的海战。[23]

危险性编辑

由于氧化钙与水剧烈反应,当吸入或接触潮湿的皮肤或眼睛时,会引起严重的刺激。吸入氧化钙可能导致咳嗽、打喷嚏和呼吸困难,然后可能会演变成烧伤,伴有鼻穿孔、腹痛、恶心和呕吐。虽然氧化钙不被认为是火灾隐患,但它与水的反应会释放足够的热量,足以点燃可燃物。[24]

天然存在编辑

氧化钙天然存在于生石灰矿中,不过它在湿气下不稳定,会迅速变成portlandite英语portlandite Ca(OH)2[25][26]

参考资料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Haynes, William M. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data 92nd. Boca Raton, FL.: CRC Press英语CRC Press. 2011: 4.55. ISBN 978-1-4398-5511-9. OCLC 730008390 (英语). 
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  5. ^ Kinetics of the CaO/Ca(OH)2 hydration/dehydration reaction for thermochemical energy storage applications - digital-csic Digital CSIC (PDF). [2016-05-19]. (原始内容存档 (PDF)于2016-06-11). 
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