氧化钙的反应与危险性

2022/12/19 17:07:26

氧化钙,俗称生石灰或石灰,为白色易吸湿结晶粉末状,其水溶液是一种中强碱,与水发生反应,产生放热,足以引燃可燃材料。 与酸类,卤素和金属急剧地发生反应。

Calcium oxide.jpg

化学反应

氧化钙是碱性氧化物,和水反应生成氢氧化钙(熟石灰),该剧烈反应放出大量热,甚至能让水沸腾:

CaO+H2O→Ca(OH)2

氧化钙也可以和酸反应,生成相应的钙盐,例如:

CaO+2H+→Ca2++H2O

例如氧化钙和盐酸反应,会生成氯化钙:

CaO+2HCl→CaCl2+H2O

将氧化钙和碳一起在电炉中共热至摄氏2000度,生成碳化钙(电石):

CaO+3C→CaC2+CO

制备

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(例如石灰石或贝壳)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]这一过程被称为煆烧,把碳酸钙分解成二氧化碳和氧化钙。这也是少数史前已为人所知的化学反应。

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)或石灰砂浆(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。

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。

用处

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50千克(65-110英磅)的氧化钙。氧化钙和酸性氧化物,例如 SiO2、Al2O3和Fe2O3中和,形成碱性熔渣。

氧化钙粉末用于生产加气混凝土块,密度约为 0.6–1.0 g/cm3。

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。

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。

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:

CaO (s) + H2O (l) ⇌ Ca(OH)2 (aq) (ΔHr = −63.7 kJ/mol of CaO)

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。

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。

危险性

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。

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