氧化鈣

氧化鈣，俗稱生石灰或石灰，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	O=[Ca]
InChI	1/Ca.O/rCaO/c1-2
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	无
密度	3.34 g/cm^3^[1]
熔点	2613 °C（2886 K）（^[1]）
沸点	2850 °C（3123 K）（100 hPa^[2]）
溶解性（水）	反应，形成氢氧化钙
溶解性（甲醇）	不溶，在乙醚和辛醇也不溶
pKa	12.8
磁化率	−15.0×10^−6 cm^3/mol
结构
晶体结构	立方晶系，cF8
热力学
ΔfHm^⦵298K	−635 kJ·mol^−1^[3]
S^⦵298K	40 J·mol^−1·K^−1^[3]
药理学
ATC代码
危险性
GHS危险性符号
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	0 3 2
闪点	Non-flammable
PEL	TWA 5 mg/m^3^[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，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

性質

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

${\displaystyle {\rm {CaO+H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}}}}$ 

氧化钙也可以和酸反应，生成相应的钙盐，例如：

${\displaystyle {\rm {CaO+2H^{+}\rightarrow Ca^{2+}+H_{2}O}}}$ 

例如氧化钙和鹽酸反应，會生成氯化鈣：

${\displaystyle {\rm {CaO+2HCl\rightarrow CaCl_{2}+H_{2}O}}}$ 

将氧化鈣和碳一起在电炉中共热至攝氏2000度，生成碳化钙（电石）^[6]：

${\displaystyle {\rm {CaO+3C\rightarrow CaC_{2}+CO}}}$ 

製備

 

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）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。这与氧化钙和水的反应体积增加至少 2.5 倍有关。^[10]

用处

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 SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃中和，形成碱性熔渣。^[10]
• 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。^[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) (ΔH_r = −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编码为 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。
• 在烟气脱硫的过程中，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

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

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

氧化钙天然存在于生石灰矿中，不过它在湿气下不稳定，会迅速变成熟石灰（氫氧化鈣，化學式Ca(OH)2，俗稱羟钙石（英语：portlandite））。^[25][26]

参考资料

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