1、中学综合学科资源库钙华东师范大学 化学系 胡波华东师范大学 生物系 张映辉碳酸钙的变迁我们每时每刻都生活在一个由碳酸钙（CaCO3）所包围的空间中？可以说，CaCO3是社会进步和人类生活中一个十分重要的化合物。【知识梳理】CaCO3呈白色晶体或粉末，密度为2.930g/cm3，熔点520，于825分解。不溶于水，而溶于由CO2饱和的水中，生成Ca(HCO3)2CaCO3在自然界的主要存在形式有大理石、石灰石、白垩、方解石。 大理石主要成分CaCO3，较纯的大理石叫做汉白玉。含少量杂质时绚丽多彩，加工琢磨后可做建筑材料或装饰品。 石灰石主要成分CaCO3，含石英、白云石（CaCO3、MgCO3）
2、和粘土等杂质。可呈灰白、黄、褐、浅红等不同颜色，密度2.22.9g/cm3，可作冶炼钢铁工艺中的熔剂，制生石灰、水泥、玻璃等。 白垩呈灰白至白色。方解石碎屑与有孔虫、软骨动物、球菌类组成的沉积岩。松软易粉碎，可制造水泥、玻璃、陶瓷，是白橡胶制品、纸张、油漆等的填充物，可制造粉笔。 方解石呈白色，有杂质时呈淡黄、玫瑰色、褐色，有玻璃光泽，密度2.62.8g/cm3，用来制取CaCO3，作建筑材料、橡胶、油漆的填充物。在其他场合下，有时也会遇到它。例如： 贝壳、蛋壳的主要成分也是CaCO3，用醋浸蛋，蛋壳就会软化溶解； 用石灰乳（浆）涮墙面，时间久了，墙面上留下一层CaCO3； 水壶或锅炉里反复烧
3、水，留下一层锅垢； 实验室里用澄清石灰水检验或吸收CO2尾气； 我国广西桂林及西南地区广泛分布着许多溶洞，洞内石笋林立，顶上悬挂着千姿百态、形态各异的钟乳石，有的和石笋相接形成石柱，构成一幅光怪陆离的景象。 用砂子（主要成分为SiO2）、Na2CO3、CaCO3按一定质量比混合进行高温烧制，可以得到含70SiO2、15Na2O和10CaO及5其他物质的玻璃。 较纯的大理石叫做汉白玉。如大理石中含有少量杂质时，会呈现出绚丽的颜色：含Co显红色，含Ti显黄色，含Cu显蓝色，含Fe3显灰色，含Fe2显绿色。北京天安门前华表和金水桥、人民英雄纪念碑的基座等都用了不少汉白玉作建筑材料。【想一想】1除上述
4、外，你还接触过其他和CaCO3有关的事例和物例吗？2上述这些事例和CaCO3的哪些性质有关？3思考以后，将下面这张网络图（见下页）中各有关化合物间的相互联系用完整的化学方程式书写出来。【内容拓展】1在钢铁厂里，炼铁的主要原料是铁矿石（能用来炼铁的含铁矿物，如含Fe3O4的磁铁矿、含Fe2O3的赤铁矿和FeCO3的菱铁矿）。其中除了铁的氧化物外，还含有难熔化的脉石（主要成分是SiO2）。为此，常加入石灰石作为熔剂，用来除去脉石中的SiO2（是一种酸性氧化物，不溶干水），以免影响生铁的冶炼。石灰石在高温下分解生成CaO，它和SiO2。反应生成熔点较低的硅酸钙（是一种盐），从矿石里分离出来成为炉渣的
5、主要成分：CaCO3CaOCO2 CaOSiO2CaSiO32上述思路在水泥、玻璃等硅酸盐生产中也得到了体现。水泥是一种重要的建筑材料，主要原料是石灰石和粘土。粘土种类很多，成分也很复杂（主要成分都是硅酸盐）。生产水泥时，先把石灰石、粘土及其他辅料按一定比例混和、磨细，然后在窑中烧至部分熔化，冷却后再加适量石膏（CaSO42H2O）用来调节水泥的硬化速度，再磨成细粉，即得水泥。水泥的主要成分有：硅酸三钙3CaOSiO2、硅酸二钙2CaOSiO2、铝酸三钙3CaOAl2O3。制造普通玻璃的主要原料是纯碱Na2CO3、石灰石CaCO3和石英SiO2。生产时，把原料粉碎，按适当比例混和后，放入玻璃熔
6、炉里，加强热后发生如下反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2生成的物质不是晶体，而是一种无定形的、被称为玻璃态的物质，它没有固定的熔点，而在某一温度范围内逐渐软化。此时，就可以加工成任何形状的制品。在玻璃原料中如加入氧化铅PbO，就形成铅玻璃，它的折光率很强，常用于制作光学仪器。加入硼砂就形成硼酸盐玻璃，它的膨胀系数很小，能耐骤热、骤冷，化学稳定性又好，可用于制造化学仪器。如要制造有色玻璃，则可在原料中加入某些金属氧化物，如加氧化钴Co2O，得蓝色玻璃，加氧化亚铜Cu2O，呈红色。有时我们看到发生车祸的汽车窗玻璃，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人，这就
7、是钢化玻璃。它是将加热软化后的玻璃急速冷却后制得的。它的机械强度比普通玻璃高46倍。3桂林的地下岩石，基本上是石灰岩（主要成分是CaCO3）组成的。在空气中CO2和水的长期作用下，慢慢变成可溶性的碳酸氢钙Ca(HCO3)2。如果受热或压强突然变小，则它又重新变成CaCO3而沉积下来：CaCO3CO2H2OCa(HCO3)2CaCO3CO2H2O这个循环反应不断发生，前一个就形成了溶洞，后一个反应生成的CaCO3逐渐沉积形成钟乳石、石笋和石柱。水壶或锅炉里形成的锅垢，发生的反应和上述反应相似。自来水中含有Ca2、Mg2、CO32等离子，深井水中这些离子浓度更大。所以，在原水处理成自来水的工艺过程
8、中需要考虑这个问题。另外在工业锅炉用水过程中应设法经常清洗锅壁，以防锅垢影响传热，引起爆炸。4组成人体的元素有60多种。其中有钙、钠、钾、镁、碳、氢、氧、硫、氮、磷、氯等11种属必需的定量元素，集中在元素周期表头20个元素内，另有铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘等十余种必需的微量元素。其中钙、钠、钾、镁四元素占人体中金属离子总量的99以上。它们大多以络合物形式存在于人体之中，传递着生命所必须的各种物质，起到调节人体新陈代谢的作用。钙是一种生命必需元素，也是人体中含量最丰富的大量金属元素，含量仅次于C、H、O、N，正常人体内含钙大约11.25kg。每千克无脂肪组织中平均含2025g。血浆中
9、的钙，一半以离子形式存在，另一半中的大部分以与蛋白相结合的非离子形式存在。通常血浆中钙的浓度大约为1011mg/100mL（无年龄、性别差异），与Na、K离子相比Ca2浓度较小，对渗透压的影响不大，但对保持肌肉的应激性有极大的意义。钙离子对神经组织有特殊且重要的影响。如果血中钙离子浓度下降，神经组织就会变得过于兴奋，导致手足搐搦；另一方面，高钙含量抑制神经兴奋。人体中的血液钙的浓度能够保持相对稳定，是由于甲状腺激素（PTH）严格控制着血液中Ca2的浓度及Ca2的排泄，使得骨中钙和血液中钙处于平衡之中。血液中钙浓度低，将由骨中钙补充；反之，血液中钙浓度高，将沉积于骨中储存或由肾脏经尿道以尿的形成
10、排出体外。钙是人体骨骼和牙齿的重要成分，它参与人体的许多酶反应、血液凝固，维持心肌的正常收缩，抑制神经肌肉的兴奋，巩固和保持细胞膜的完整性。缺钙会引起软骨病，神经松弛，抽搐，骨质疏松，凝血机制差，腰腿酸痛。成年人每天大约需要800mg的钙。人体中对钙的吸收能力随年龄增长而降低，婴儿可吸收食物中一半以上的钙，儿童吸收率只有40，成年人仅20，40岁以上钙的吸收率直线下降，这就造成老年人骨质逐渐减少，平均每10年减少510。因此，不论营养状况如何，老年人的骨质都逐渐疏松，必需注意补充钙。钙的吸收形式各种各样。钙与消化道中的许多阴离子形成难溶于水的沉淀形式。如磷酸盐、碳酸盐、草酸盐等，在消化道的吸收
11、较为困难。由于在酸性条件下，钙盐的溶解度增大，故凡是能使消化道pH值下降的食物，均可促进钙盐的吸收。乳酸、乳精及某些抗基酸都有这种作用，牛奶及奶制品是食物钙的最佳来源。影响钙吸收最重要的是维生素D。VD能加强小肠对钙的吸收；VD缺乏或膳食中VD供应不足可导致机体缺钙。动物骨、鸡蛋、鱼虾和豆类中含钙量较丰富。老人和儿童应及时补充钙。为了提高钙的吸收率，在吃含钙食品时应多受光照或服些维生素D。人们常选碳酸钙作为补钙剂，又配以维生素D3帮助钙的吸收，另外适当多晒太阳，使积存在体内胆固醇类物质分解转化成维生素D3。在选用CaCO3时，常需消耗较多胃酸使其离子化（先转化成CaCO3），然后被钙结合蛋白所
12、利用。然而人体内胃酸分泌能力有限，结合蛋白数量也一定，钙在胃肠道内停留时间又有限，故大部分钙以钙盐和Ca2+形式被排出体外，导致钙的吸收率较低（约30左右），6小时后，血液中钙的浓度增加值就趋于零。那怎么改进呢？思路有二：（1）不需离子化，直接以分子钙盐形式吸收，然后慢慢释放出钙离子。（2）采用多羟基酸的钙盐，提高其溶解度。例如：1，2，3三羟基丁酸钙葡萄糖酸钙等。5下面请同学们将自己直到、遇到的有关CaCO3的事和物的背景材料摘录下来。【专题导读】1我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求：pH值在6.58.5之间，Ca2、Mg2+总浓度0.0045mol/L，细菌总数100个/mL。以下是原
13、水处理成自来水的工艺流程示意图：原水曝气池一级沉降池二级沉降池过滤池自来水 （1）原水中含Ca2+、Mg2+、HCO3、Cl等，加入石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，写出其中一个离子方程式。（2）凝聚剂除去悬浮固体颗粒的过程 A 只是物理过程 B 只是化学过程 C 是物理和化学过程FeSO47H2O是常用的凝聚剂，它在水中最终生成 沉淀。（3）通入CO2的目的是 和 。（4）气体A的作用是 。这种作用是基于气体A和水反应的产物具有 。（5）下列物质中，可以作为气体A的代用品是 A Ca(ClO)2 B 液NH3 C K2FeO4 D SO2【解题点评】我国的饮用水质量标准还有多
14、项，其中有色、浊、嗅、味、肉眼可见物等感官性要求和钙、镁、铁、锰、铜、锌、硫酸盐、氯化物、溶解性总固体、挥发性酚类等一般化学指标，还有氟化物、氰化物、砷、汞、铬、铜、铅、硝酸盐、氯仿、苯并芘等毒理学指标；细菌总数、总大肠菌群等细菌学指标；总、总放射性指标等。为此，将已经用机械筛和过滤法除去了大颗粒固体物的原水先放入曝气池中，通入空气，用特殊微生物进行生化处理，使一些需氧有机污染物分解，同时把一些微溶于水的气体逐出水体。水体中由于溶入了空气中少量CO2，故总有一定量碳酸氢根离子HCO3产生，CO2H2OH2CO3HCO3H当加入石灰后就生成Ca(OH)2，水体中就有OH产生，于是下列反应均可能发
15、生：HCO3OHCO32H2OCO32Ca2CaCO3Mg22OHMg(OH)2Ca2HCO3OHCaCO3H2OCaCO3是难溶电解质，但溶解的部分仍可完全电离，故仍有沉淀溶解电离平衡。通过一级沉降，这些沉淀以及其他小颗粒悬浮物都可沉降下来，但在水体中尚有更细（直径为109m1010m）微粒，甚至单个分子或离子，需要加入凝聚剂，经二级沉降后才能沉淀下来。常用凝聚剂可以是可溶性的铝盐和铁盐，除了FeSO47H2O外，也可用硫酸铝、明矾、氯化铁、碱式氯化铝等。它们在水中会分别生成Al(OH)3或Fe(OH)3。Al2(SO4)36H2O2Al(OH)33H2SO4FeCl33H2OFe(OH)3
16、3HCl或写成：Al33H2OAl(OH)33HFe33H2OFe(OH)33H它们在中性或弱碱性溶液中，形成氢氧化铝或氢氧化铁海绵状胶体悬浮于溶液中，使杂质或吸附、或包夹于其中而沉降下来。那么，为什么形成Al(OH)3和Fe(OH)3后能将悬浮微粒迅速沉淀下来呢？原来这两种胶体的胶粒是带正电荷的。带正电荷微粒之间存在斥力，故胶体微粒本身是很难凝聚成大颗粒而沉淀的；但是水体中存在表面吸附有阴离子的悬浮微粒，则正好被Al(OH)3或Fe(OH)3胶粒吸附，电荷被中和，胶粒就凝聚成较大的颗粒而沉淀下来。所以用凝聚剂除去悬浮固体颗粒不单是微粒的扩散、吸附等，还有凝聚剂与水作用，胶粒的电中和作用，它是
17、一个复杂的物理和化学过程。这里通入CO2的目的，一方面是为了进一步除去Ca2+，同时也可以调节水体的pH值，使前一步加入的生石灰所产生的碱性被中和一些。经过前面几步，水体中悬浮物和某些离子绝大部分已被除去，但水中还有微生物（细菌、病菌等）需要用化学试剂来杀灭。能够起到杀菌作用的，一般都有强氧化作用。臭氧、氯气、ClO2、Ca(ClO)2以及某些高价金属离子含氧酸盐如KMnO4、K2FeO4（高铁酸钾）等都是常用的杀菌剂。考虑到经济效益、使用方便、杀菌效果等因素，氯气在工业上是最常用的杀菌剂。它在液化后可以用钢瓶运送，本身来自电解饱和食盐水三个产物（烧碱NaOH、Cl2、H2）之一。如果在其中再
18、加入液氮，生成一氯氨，可延长消毒杀菌的时间。其原理如下：Cl2H2OHClHclOHClONH3NH2ClH2O一氯氨NH2Cl较为稳定，当HClO分解放出原子态氧起杀菌作用时，上述第二个反应平衡不断向左移动，不断产生HClO起杀菌作用。这就延长了消毒杀菌的时间。【参考答案】（1）HCO3OHCO32H2O或Mg22OHMg(OH)2或Ca2HCO3OHCaCO3H2O（2）C，胶状Fe(OH)3（3）除去Ca2+，调节pH值（4）杀菌消毒，强氧化性（5）A、C2请你以大理石为原料，设计一个简易的、能“随开随用、随关随停”的CO2气体发生装置。可供选用的仪器如下图所示： A B C D E F
19、 G H应选用的仪器是（填入编号） 【点评及解题思路】这是一道以培养学生实践能力和创新意识为主要目的的简单实验仪器设计题。实验室里有现存的启普气体发生器（如右图所示），是由球形漏斗、盛放块状固体又可和液体接触发生反应的容器以及导气管三部分组成。当块状大理石由插导气管的口子加入、稀盐酸由球形漏斗加入后，便可拧开导气管活塞，酸液即从球形漏斗流下，浸没大理石块，发生反应，产生CO2气体，从导气管放出。不用时关闭活塞，容器内CO2压力加大，把酸液压回球形漏斗，不再与大理石块接触，反应停止，这就达到了“随开随用、随关随停”的目的。这是一个典型的气体发生器，了解它的作用原理，并进一步采用模仿、迁移的方法，
20、找替代品满足思维的变通性，可望达到创新的效果。为达到四个“随”的要求，组装仪器的关键是要让固体时而接触液体、时而又和液体分离。所以，单用B和C，在试管B中放入大理石和稀盐酸，从单孔橡皮塞C的导气管排出CO2，就不能满足要求了。仔细观察后，发现干燥管E可以承担起启普气体发生器中的容器功能，那么液体放在哪里呢？换一种思路，液体放在外面怎么样？于是就找到了烧杯D，组装成如右图所示的简单气体发生器。【参考答案】A、C、D、E现在我们再来拓展一下，不受上述所给仪器限制，你还能设计成其他简易气体发生器吗？有同学在比较了E和启普发生器的容器部分的特点都有一个可放固体小块的区域后，他又审视了试管B和圆底烧瓶H
21、后，提出利用破损的、底部破碎或有小洞的废旧试管或烧瓶，甚至说干脆底部搞几个小洞，以此来代替干燥管E，也能达到同样满足四个“随” 的目的，你认为怎样？请点评一下。又有同学想到利用连通器原理，由两个“具支试管”，管2比管1高出一段距离，在管1底部塞入少量石棉绒或玻璃纤维，然后放入块状大理石，倒入适量稀盐酸，塞紧管口橡皮塞，生成的气体CO2从管1上支管导出，如右图所示。当关闭止水夹3时，液体进入管2，反应停止。请问：这个装置能达到四个“随”的要求吗？管2上端支管没有行吗？用稀硫酸代替稀盐酸可以吗？你有没有其他简易、方便的气体发生器的设计方案？（要达到四个“随”的要求）【动动手动动脑】龙年伊始，李家爷
22、爷添了一个小孙女。高兴之余，他承担起每天清洗、并用自来水煮沸消毒奶瓶的任务。几天后，在铝锅的底部和锅壁的四周出现许多斑点，而且越积越多。老爷爷怕这些斑点影响小孙女的健康，遂去买了一只不锈钢锅来煮，结果还是老样子。于是，他开始想方设法去除这些斑点。他先用肥皂洗，洗不掉。又用去污粉擦，也擦不掉，又加洗洁精擦洗，还是不起什么作用。一气之下，他用废铁丝圈狠命地擦，总算擦去几个小斑点。1请你动手试一下，是不是老爷爷擦洗的方法不对？2用铁丝圈或煤炉灰渣擦有什么坏处？3为什么会产生这些斑点？你有什么好方法能既快又简单又有效地除去这些斑点呢？4能不能不产生这些斑点呢？【综合练习】一1人体组织中含钙最多的是 A
23、 肌肉 B 骨组织 C 软骨 D 韧带2人体缺钙会出现的病症是 A 佝偻症 B 呆小症 C 侏儒症 D 巨人症3人体中的钙最主要的存在形式是 A CaCl2 B CaSO4 C CaCQ3 D Ca5(PO4)3OH4下列补钙的途径不正确的是 A 经常晒太阳 B 经常饮用Ca2浓度高的硬水。C 经常饮牛奶 D 大量补充维生素D5青少年生长发育时期需要补充一定的钙，食物中的钙，通过 被小肠绒毛上皮细胞吸收后，再经 送往全身。【参考答案】1B2A3D4B、D5主动运输 血液循环二土壤中的钙元素都是以 状态被植物吸收的，通过 和 两过程进入根细胞。进入植物后一般形成 化合物，所以 再利用。【参考答案
24、】离子 交换吸附 主动运输 稳定 不可以三正常人体血液中Ca2的含量大约在1011g/L。取某人的血样10.0mL，稀释后用(NH4)2C2O4溶液处理，Ca2+完全转变为CaC2O4沉淀，过滤出沉淀，用稀硫酸溶解，然后用0.500mol/L KMnO4溶液滴定，共用去1.20mL。求此人血液中的含钙量，用g/L表示，并判断他的血钙含量是否正常？【参考答案】6g/L 低于正常标准四我国规定饮用水的硬度不能超过25度。硬度的表示方法是：将水中的Ca2和Mg2都看作Ca2+，并将其质量折换成CaO的质量。通常把1L水中含有10mg CaO称为1度。水中的Ca2+和Mg2+可用一定浓度的Y溶液进行滴
25、定，Y跟Ca2、Mg2+都以等物质的量完全反应。1取某地区的地下水样品25.0mL，用0.01mol/L Y溶液滴定，完全反应时消耗Y溶液15.0ml。试计算该地下水的硬度，并判断是否符合饮用标准。2如果每次分析时取的水样都是25.0mL，为了便于计算，要求每消耗0.50mL Y溶液即相当于水的硬度1度。则Y溶液的物质的量浓度？【参考答案】33.6度 不能饮用 8.9210-3mol/L五水泥是一种重要的建筑材料，以石灰石、黏土以及其它辅助原料烧制而成的硅酸盐水泥，它的主要成分有： 。把这种水泥用在建筑上，坚固耐压，但不耐拉，钢筋耐压也耐拉，通常在混凝土建筑物须承受张力的部位用钢筋来加固。之所
26、以用钢筋而不用其他的金属，是考虑到了它们的热学性质，即 。正确地放置钢筋的位置，可以使建筑物更加牢固，下面图中，楼板和阳台的加固钢筋位置都正确的是 A B C D【参考答案】硅酸盐水泥的主要成分是：3CaOSiO2，2CaOSiO2，3CaOAl2O3。因为水泥的热膨胀系数跟铁几乎一样，所以用水泥建造的建筑物常用钢筋作加固的结构。当有物体压在钢筋混凝土上的时候，在平台的上表面受的是压力，下表面受的是拉力，在阳台的上表面受的是拉力，下表面受的是压力，为了使钢筋受到的是拉力，所以应当采用A图所示的方式放置钢筋。本题涉及的钢筋水泥是日常生活中最常见的建筑材料，它的结构属于化学的范畴，它的应用属于物理的范畴，本题贯穿的一个重要的思想是：结构决定性质。
