【正文】 水和抗?jié)B性能。 ? 天然二水石膏 (CaSO42H2O)在不同溫度下加熱失水不同。 CaSO4 2H2O → CaSO41/2H2O → CaSO4 ? 天然無水石膏稱為 硬石膏 。硬石膏的溶解度極小，但在近地表部分，由于長時期受水的作用，有可能轉(zhuǎn)變成帶水石膏，體積膨脹10％，對地表的設(shè)施有巨大的破壞作用。例如它可使水泥中的高堿水化鋁酸鈣 (4CaOAl2O312H2O)反應(yīng)，生成體積膨脹的針狀水化硫鋁酸鈣結(jié)晶，破壞水泥石的結(jié)構(gòu)。 無機(jī)非金屬材料化學(xué)反應(yīng)特點 在無機(jī)非金屬材料的制造及使用過程中要發(fā)生一系列化學(xué)反 應(yīng)。由于很多反應(yīng)物是成分復(fù)雜的天然原料，所以化學(xué)反應(yīng)往往 是非常復(fù)雜的。通常不是單純的分解、化合、氧化還原等反應(yīng)， 而是各種反應(yīng)的復(fù)合。 （ 1）無機(jī)非金屬材料化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性 為了說明無機(jī)非金屬材料化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，我們以水泥生 產(chǎn)過程中的一些主要化學(xué)反應(yīng)為例。 在 500～ 600℃ 時，高嶺石開始脫水： Al2O32SiO22H2O → Al2O32SiO2 + 2H2O↑ 溫度達(dá)到 600～ 800℃ 時高嶺石分解： Al2O32SiO2 → Al2O3 (無定形 )＋ 2SiO2（無定形） 碳酸鈣也開始分解產(chǎn)生氧化鈣。 隨著溫度進(jìn)一步升高到 900～ 1000℃ 時，碳酸鈣迅速分解。 產(chǎn)生的氧化鈣與料中的二氧化硅、三氧化二鋁及三氧化二鐵發(fā)生 反應(yīng)，形成 硅酸二鈣 （ 2CaOSiO2)、 鋁酸三鈣 (3CaOAl2O3)及 鐵鋁酸四鈣 (4CaOAl2O3Fe2O3)。 當(dāng)溫度從 1300℃ 升至 1450℃ 時，鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣熔融 出現(xiàn)液相，硅酸二鈣 (2CaOSiO2)吸收氧化鈣形成了 硅酸三鈣 (3CaOSiO2)。煅燒完成后迅速冷卻即為 水泥熟料 。 各種熟料礦物遇水將發(fā)生水解或水化作用，生成新的化合物 。同時某些新生成物之間，還將發(fā)生二次反應(yīng)過程。 硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣、鋁酸三鈣都能與水作用發(fā)生水解： 3CaOSiO2 + (n+1)H2O → 2CaOSiO2nH2O + Ca(OH)2 2CaOSiO2 + nH2O → 2CaOSiO2nH2O 4CaOAl2O3Fe2O3+(n+6)H2O → 3CaOAl2O36H2O + CaOFe2O3nH2O 3CaOAl2O3 + 6H2O → 3CaOAl2O36H2O 由于氫氧化鈣的析出，使溶液的石灰濃度很快達(dá)到飽和狀態(tài)。新生成的 水化鋁酸三鈣 （ 3CaOAl2O36H2O）以及 水化鐵酸鈣（ CaOFe2O3nH2O）再與石灰作用生成 水化鋁酸四鈣（ 4CaOAl2O312H2O）及 水化鐵酸四鈣 （ 4CaOFe2O3nH2O）。 （ 2）固相反應(yīng) 無機(jī)非金屬材料化學(xué)反應(yīng)的一個特點就是高溫下的固體和固體之間發(fā)生的表 面離子互相交換的反應(yīng)。 ① 熱分解反應(yīng) 熱分解反應(yīng)是無機(jī)非金屬材料固相反應(yīng)中的一個很廣泛的反應(yīng)，它可以用以 下通式來表示： A → B + C↑ (固體 ) (固體 ) (氣體 ) 如果放出的氣體是水蒸氣，就叫 脫水反應(yīng) ，如果放出的是二氧化碳?xì)怏w， 就叫 脫碳酸氣反應(yīng) 。 熱分解反應(yīng)只能在一定的溫度和壓力條件下發(fā)生。例如碳酸鈣的分解溫度 為 910℃ ，氫氧化鎂為 450℃ 。每一種化合物都有它自己的分解溫度。所謂 分解溫 度 是指熱分解反應(yīng)所產(chǎn)生氣體的分壓達(dá) l大氣壓時的溫度。 ② 氧化還原反應(yīng) 常見的氧化還原反應(yīng)有金屬或非金屬氧化物、硫化物、氯化 物等的反應(yīng)。例如含有二氧化硅的耐火材料，如果在氫氣中或能 產(chǎn)生氫氣的環(huán)境中使用，在高溫下就會發(fā)生如下反應(yīng)： SiO2(s)+H 2(g) → SiO(s) + H2O(g) 這樣，由于硅的重量不斷減少而使含有二氧化硅的耐火材料 遭受破壞。 在固相反應(yīng)中的氧化還原反應(yīng)，常用的還原劑是氫氣和一氧 化碳，它們的作用機(jī)理有所不同，三氧化二鐵以一氧化碳作還原 劑，是煉鐵的基本反應(yīng)。 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 ③ 加成反應(yīng) 加成反應(yīng)是重要的固相反應(yīng)，常見的主要為氧化物間的反 應(yīng)，例如鐵氧體材料中的亞鐵酸鹽、水泥、耐火材料、玻璃的 硅酸鹽、鋁酸鹽等復(fù)合氧化物的生成反應(yīng)等。 ZnO ＋ Fe2O3 → ZnFe2O4 BaO ＋ TiO2 → BaTiO3 2CaO + SiO2 → Ca2SiO4 MgO + Al 2O3 → MgAl 2O4 ④ 置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng) 置換反應(yīng)的一般式可以表示為： AB ＋ C → A ＋ BC 如： FeO ＋ C → Fe ＋ CO Cr2O2 ＋ 2Al → 2Cr ＋ Al2O3 Ag2S ＋ 2Cu → 2Ag ＋ Cu2S 復(fù)分解反應(yīng)的一般式可以表示為： AB ＋ CD → AD ＋ CB 如： AgCl ＋ NaI → AgI ＋ NaCl MgO ＋ FeAl2O4 → MgAl2O4 ＋ FeO 還有氧化物與碳酸鹽作用生成一種新化合物和氣體也屬于復(fù)分 解反應(yīng) ： TiO2 ＋ SrCO3 → SrTiO3 ＋ CO2↑ SiO2 ＋ BaCO3 → BaSiO3 ＋ CO2↑ 作 業(yè) ? 1 非金屬元素有哪些？其原子外電子構(gòu)型有哪些特點？ ? 2 簡述水泥生產(chǎn)過程中主要的化學(xué)反應(yīng)？