高中化学钙元素详细总结

单质钙
钙在地壳中的含量为3.64，仅次于氧、铝、硅、铁。

钙以化合灰石CaCO3、方解石CaCO3、冰洲石CaCO3、物形式广泛存在自然界中，钙的矿物主要有石大理石CaCO3、白云石MgCO3·3CaCO3、萤石CaF2、石膏CaSO4·2H2O、磷灰石Ca3(PO4)2等。

在动物骨骼、牙齿、蛋壳、珍珠、珊瑚、海生动物体和许多土壤中都含有钙，CaCl2在海水中占0.15。

关于单质钙，我们介绍它的：
物理性质
化学性质
生物活性
制备方法
物理性质
钙是银白色金属，密度1.559gcm-3,熔点1112K,沸点1757K, 硬度1.5，钙属于轻金属，它的密度和硬度均比镁低。

化学性质
从钙的电负性（1.00）和标准电极电势（=-2.87V）看，钙是个活泼的金属，它的化学性质主要表现在：
(1)Ca不论在固态或水溶液中都具有很强的还原性，是与钠、镁一样常用的还原剂。

例如：
①高温下，钙能夺取氧化物中的氧或氯化物中的氯：
ZrO2 + 2Ca == Zr + 2CaO 2RbCl + Ca == 2Rb + CaCl2
②钙在空气中能与氧气和氮气缓慢作用形成一层氧化物和氮化物的保护膜。

在空气中燃烧生成Ca3N2和CaO:
2Ca+O2 == 2CaO 3Ca + N2 == Ca3N2
③Ca与冷水作用缓慢，与热水剧烈反应放出氢气：
Ca + 2H2O == Ca(OH)2 + H2
④Ca能与卤素直接作用，加热时与S、N2、C作用，生成卤化物、硫化物、氮化物和碳化物：
Ca + F2 == CaF2 Ca + S == CaS Ca + 2C == CaC2
⑤钙与氢气在加热反应下生成CaH2,它遇水放出氢气，是一种常用的、方便的氢气发生剂：
Ca + H2 == CaH2 CaH2 + 2H2O == Ca(OH)2 + 2H2O
(2)Ca与浓氨水作用形成Ca(NH3)6,这是一种有金属光泽的高导电性固体。

生物活性
钙是人体必需的生命元素。

所有的植物都含有一定量的钙。

动物体内的钙不仅以磷酸钙形式参加骨骼和牙齿的组成（磷酸钙在人体内的总含量约为体重的3%），而且参与新陈代谢。

人体一昼夜约需0.1g钙。

人的食物中钙的主要来源是牛奶和奶制品，人体内钙的不足和过量都会影响健康，缺少钙会引起佝偻病，尤其对婴幼儿的健康成长很有影响。

制备方法
金属钙的制备方法：
(1)：电解
1072K
CaCl2 ===== Ca + Cl2
电解
(2) 真空和1473K 温度下还原石灰：
1473K
3CaO + 2Al ==== 3Ca + Al2O3
真空
还原法成本低，目前正在代替电解法而成为制钙的主要方法。

氧化钙和氢氧化钙
下面我们介绍：
氧化钙
氢氧化钙
氧化钙
氧化钙是白色粉末状固体，含有杂质时为灰白色，熔点2887K，沸点3123K，密度3.253.38gcm-3,硬度4.5。

工业品氧化钙俗称石灰或生石灰，是由煅烧石灰石CaCO3而得：
CaCO3 === CaO + CO2
CaO的化学性质主要表现在：
(1)CaO具有吸水性，可用作干燥剂。

与水激烈反应，放出大量的热，生成氢氧化钙，氢氧化钙俗称熟石灰或消石灰。

CaO + H2O == Ca (OH)2
(2)CaO是碱性氧化物，易溶于酸，露置于空气中会渐渐吸收CO2气而成碳酸钙：
CaO + CO2 == CaCO3
在高温下，CaO 能与酸性氧化物SiO2作用：
CaO + SiO2 == CaSiO3
CaO 与P2O5也有内似反应，可用于炼钢中除去杂质磷。

石灰主要用作建筑材料，耐火材料，还可用作干燥剂，特别是用作氨的干燥剂。

氢氧化钙
Ca(OH)2是疏松的白色粉末，密度2.24gcm-3,在853K时脱水成为氧化钙：853K
Ca(OH)2 ==== CaO + H2O
Ca(OH)2微溶于水，在水中的溶解度1.8×10-2mol.dm-3(293K) 。

Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小，例如：
293K时，每100g水溶解0.166g的氢氧化钙；373K时，100g水溶解0.8g。

Ca(OH)2具有较强的碱性，属于强碱。

Ca(OH)2溶液能吸收空气的CO2气生成碳酸钙的沉淀：
Ca(OH)2 + CO2 == CaCO3 + H2O
工业品Ca(OH)2俗称熟石灰或消石灰，其澄清的水溶液（即饱和溶液）称为石灰水。

Ca(OH)2与水组成的乳状的悬浊液称为石灰乳，可用于消毒杀菌。

由于氢氧化钙价格低廉，来源充足，并具有较强的碱性，生产上常用来调节溶液的pH或沉淀分离某些物质。

工业上常用的是它的悬浮液即石灰乳。

钙盐
以下我们将介绍：
碳酸钙CaCO3
磷酸钙Ca3(PO4)2
草酸钙CaC2O4
硫酸钙CaSO4
氟化钙CaF2
氯化钙CaCl2
碳化钙CaC2
钙的焰色反应
离子型盐溶解度的一般规律
碳酸钙
CaCO3是白色晶体或粉状固体，密度2.72.93gcm-3,它是天然存在的石灰石、大理石和冰洲石的主要成分。

它的化学性质主要表现在以下几个方面：
(1)CaCO3加热到1098K左右开始分解，生成氧化钙和二氧化碳气：
CaCO3 === CaO + CO2
(2)将二氧化碳通入石灰水，或Na2CO3溶液与石灰水反应，或碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应，都可以得碳酸钙沉淀：
(3)CaCO3不溶于水，但溶于含有二氧化碳的水中，生成碳酸氢钙Ca(HCO3)2:
CaCO3 + CO2 + H2O === Ca(HCO3)2
这种溶有碳酸氢钙的天然水称为暂时硬水，遇热时二氧化碳被驱出，又生成碳酸钙沉淀：
石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解后再沉淀出来，就形成了钟乳石和石笋。

碳酸钙易溶于酸，生成盐和二氧化碳气，例如溶于盐酸：
CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + H2O + CO2
天然碳酸钙用于建筑材料，如作水泥、石灰、人造石等，还用于做陶瓷、玻璃等的原料。

沉淀的碳酸钙用作医药上的解酸剂。

磷酸钙
Ca3(PO4)2又称磷酸三钙，白色晶体或无定形粉末，密度3.14g·cm-3,熔点1943K。

自然界存在的磷酸钙是Ca3(PO4)2·H2O矿。

Ca3(PO4)2可由CaCl2与Na3PO4作用而制得：
3CaCl2 + 2 Na3PO4 ==== Ca3(PO4)2 + 6NaCl
Ca3(PO4)2不溶于水和乙醇溶于酸。

工业上生产的磷酸就是用Ca3(PO4)2与硫酸作用而制得。

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 == 3CaSO4 + 2H3PO4
用硫酸处理Ca3(PO4)·2H2O矿粉，可制得过磷酸钙，它是一种常用的水溶性磷肥，主要成分是Ca(H2PO4)2和无水CaSO4:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 === 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2
草酸钙
Ca2+离子与C2O42-可以生成CaC2O4的白色沉淀。

Ca2+ + C2O42- == CaC2O4
CaC2O4·H2O的Ksp == 2.0×10-9,草酸钙不溶于水，在定量分析中利用这一性质来检验或测定钙和草酸的含量。

硫酸钙
硫酸钙为白色固体，熔点1723K，密度2.69g·cm-3, 难溶于水（CaSO4的Ksp=2.4×10-5）,它的二水合物CaSO4·2H2O俗称石膏或生石膏，加热脱水而成熟石膏或烧石膏2CaSO·4H2O或CaSO4·1/2H2O。

423K
2CaSO4·2H2O === 2CaSO4·H2O + 3H2O
石膏是一种矿物，为单斜晶体，呈板状或纤维状，也有细粒块状的，呈淡灰、微红、浅黄或浅蓝色。

熟石膏粉末与水混合后有可塑性，但不久即硬化重新变成石膏。

此过程放出大量热并膨胀，因此可用于铸造模型和雕塑。

硫酸钙和石膏还可用于制造硫酸和水泥，油漆的白颜料，纸张的填料和豆腐的凝结剂。

氟化钙
纯净的氟化钙是无色透明的晶体，可用于光学仪器材料。

天然存在的CaF2是萤石矿，一般萤石因含有微量杂质，略呈绿色或紫色，是制备氟化氢和人造冰晶石的原料。

CaF2 + H2SO4 === CaSO4 + 2HF
氯化钙
氯化钙白色晶体或块状物，熔点1055K，沸点1873K，密度2.15g·cm-3(293K)。

氟化钙极易溶于水，与水可以形成一、二、四、六水合物，它们存在的温度范围为：
CaCl2·6H2O <302K
CaCl2·4H2O 302-318K
CaCl2·2H2O 318-448K
CaCl2·H2O >473K
无水氯化钙和它的水合物都是容易潮解的白色固体，是工业生产和实验室常用的干燥剂之一（但不能干燥氨气）。

例如可用氯化钙水溶液浇洒道路消尘。

CaCl2·6H2O与冰混合可作制冷剂，如果以1.44∶1的质量比混合，温度可降至218K。

无水氯化钙是电解法制备金属钙的原料。

碳化钙
纯的碳化钙为无色晶体，密度2.22 g·cm-3（291K）,熔点2573K,能导电。

工业品CaC2俗称电石，由于含有游离碳而呈灰色。

电石是由生石灰（CaO）与焦碳（或无烟煤）混合，在电炉中煅烧制得：
CaO + 3C === CaC2 + CO
CaC2与水反应生成乙炔，因此电石是有机合成的重要原料。

CaC2 + H2O === C2H2 + Ca(OH)2
钙的焰色反应
利用焰色反应，可以根据火焰的颜色定性地鉴别这些元素的存在与否，但只可以鉴别单个离子。

钙的焰色是橙红色的。

利用焰色反应，还可以制造各色火焰。

例如：
红色焰火的简单配方：
KClO3 34％
Sr(NO3)2 45％
碳粉10％
镁粉4％
松香7％
绿色火焰的配方：
Ba(ClO3)2 38％
Ba(NO3)2 40％
S 22％
离子型盐溶解度的一般规律（同镁）
氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、铬酸镁、氯酸镁、高氯酸镁、醋酸镁等易溶于水，而碳酸镁、磷酸镁、草酸镁等是难溶的。

碱土金属某些难溶化合物的溶度积
碱金属氟化物、碘化物的溶解度（mol/dm3）
离子型盐类溶解度的一般规律是：
（1）离子的电荷小、半径大的盐往往是易溶的。

例如碱金属离子的电荷比碱土金属小，半径比碱土金属大，所以碱金属的氟化物比碱土金属氟化物易溶。

（2）阴离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减少。

例如I-、SO42-、CrO42-半径较大。

它们的盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本减小。

（3）相反，阴离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。

例如F-、OH-的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。

（4）一般来讲，盐中正负离子半径相差较大时，其盐的溶解度较大。

相反，盐中正负离子半径相近时，其溶解度较小。