亚硫酸钙 属于亚硫酸盐 与钙盐,化学式
CaSO
3
⋅ ⋅ -->
xH
2
O
{\displaystyle {\ce {CaSO3.xH2O}}}
。亚硫酸钙有两种已知结晶水合物:半水合亚硫酸钙
CaSO
3
⋅ ⋅ -->
1
2
H
2
O
{\displaystyle {\ce {CaSO3.1/2H2O}}}
与四水合亚硫酸钙
CaSO
3
⋅ ⋅ -->
4
H
2
O
{\displaystyle {\ce {CaSO3.4H2O}}}
[ 1] ,均为白色固体。亚硫酸钙是烟气脱硫 的产物之一。
用途
乾壁
在制备乾壁 的主要成分石膏 的过程中,亚硫酸钙是一种中间产物。一间典型的全新美国房屋含有7公吨石膏[ 2] 。
食品添加剂
亚硫酸钙可用作防腐剂,E编码 为E226[ 3] 。与其他亚硫酸盐 抗氧化剂 类似,亚硫酸钙广泛用于保存葡萄酒、苹果酒、水果汁、罐头水果、蔬菜等[ 4] 。在溶液中,亚硫酸盐是强还原剂,作为除氧剂 起到保存食品的作用。因为部分人群对亚硫酸盐过敏 ,所以有必要对其进行标注。[ 5] [ 6]
木浆生产
化学木浆的生产过程是溶解掉木片中的木质素 ,分离出原本与前者紧密结合的纤维素。在亚硫酸盐制浆法 中,用来分离木质素的盐可以是亚硫酸钙。人们曾经用过亚硫酸钙,但如今镁和钠的亚硫酸盐与亚硫酸氢盐已广泛取代之。另一种制浆法是硫酸盐制浆法 ,使用的是氢氧化物与硫化物 。[來源請求]
酸抑制剂
煤中的二硫化铁 在空气中煅烧会生成酸性气体,溶于水形成酸,污染环境:
F
e
S
2
+
3.5
O
2
+
H
2
O
→ → -->
F
e
2
+
+
2
S
O
4
2
− − -->
+
2
H
+
{\displaystyle {\rm {FeS_{2}+3.5O_{2}+H_{2}O\rightarrow Fe^{2+}+2SO_{4}^{2-}+2H^{+}}}}
2
F
e
2
+
+
0.5
O
2
+
2
H
+
→ → -->
2
F
e
3
+
+
H
2
O
{\displaystyle {\rm {2Fe^{2+}+0.5O_{2}+2H^{+}\rightarrow 2Fe^{3+}+H_{2}O}}}
F
e
S
2
+
14
F
e
3
+
+
8
H
2
O
→ → -->
15
F
e
2
+
+
16
H
+
+
2
S
O
4
2
− − -->
{\displaystyle {\rm {FeS_{2}+14Fe^{3+}+8H_{2}O\rightarrow 15Fe^{2+}+16H^{+}+2SO_{4}^{2-}}}}
亚硫酸盐具有还原性,可以除去氧气从而抑制酸的形成。亚硫酸的钠盐、钾盐和铵盐都相对较贵且生产规模较小,而已经大规模生产的亚硫酸钙是该过程中较理想的酸抑制剂。[ 7]
制备
通过烟气脱硫 (FGD)可大量制备亚硫酸钙。烟道气 指的是煤等化石燃料燃烧后得到的一类副产物,通常包括SO2 。人们为了防止酸雨 而限制二氧化硫排放,在其他气体从烟囱 排出之前,需要除去二氧化硫。比较经济的做法是用熟石灰 (Ca(OH)2 )或石灰石 (CaCO3 )处理。
理想状况下,用石灰石除去二氧化硫的反应如下:
SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2
理想状况下,用熟石灰除去二氧化硫的反应如下:[ 8] [ 9]
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2 O
如果体系中存在氧气 ,亚硫酸根就会被氧化为硫酸根 ,最后可以得到二水合硫酸钙晶体,即石膏 [ 10] 。
实验室制法则是令氯化鈣 水溶液与亚硫酸钠 水溶液反应:
CaCl2 + Na2 SO3 → CaSO3 + 2 NaCl
结构
亚硫酸钙的结构已由X射线晶体学 检验得出[ 11] 。
半水合亚硫酸钙晶体中,钙的配位数 是6,每个钙离子连有五个亚硫酸根的氧原子及一个水分子中的氧原子,六个氧原子组成三角反棱柱 的形状。半水合亚硫酸钙晶体热力学较稳定的原因可能是Ca-O键在整个晶体中延展形成网状结构。[ 12]
四水合亚硫酸钙只在低温下稳定,在室温下会迅速转变为半水合物,因此获得四水合物单晶 并分析结构较为困难。不过,使用琼脂 制造溶胶环境即可减慢反应物分子的速度,便于结晶,从而制得晶体。[ 13] 四水合亚硫酸钙晶体中钙的配位数同样为6,两个氧原子来自亚硫酸根,四个来自水分子。其热力学不稳定的原因可能是其中的亚硫酸根离子处于无序状态。[ 14]
参见
参考文献
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^ Matsuno, Takashi; Takayanagi, Hiroaki; Furuhata, Kimio; Koishi, Masumi; Ogura, Haruo. The Crystal Structure of Calcium Sulfite Tetrahydrate. Chemistry Letters. 1983, 12 (4): 459–462. doi:10.1246/cl.1983.459 .
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