Номер 2, страница 142, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Напишите уравнения получения цемента.

Процесс получения цемента (портландцемента) — это сложный физико-химический процесс, основанный на высокотемпературном обжиге тонкоизмельченной сырьевой смеси. Основными компонентами сырья являются известняк (источник оксида кальция, $CaO$) и глина (источник оксида кремния $SiO_2$, оксида алюминия $Al_2O_3$ и оксида железа $Fe_2O_3$). Обжиг производится во вращающихся печах при температуре около 1450o C, в результате чего образуется спекшийся материал — цементный клинкер.

Основные химические уравнения, описывающие этот процесс, можно разделить на две стадии.

Стадия 1: Декарбонизация известняка

При нагревании сырьевой смеси в диапазоне температур 900–1200o C происходит разложение карбоната кальция (главного компонента известняка) на активный оксид кальция и углекислый газ. Этот процесс называется кальцинацией.

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Cao + CO_2\uparrow$

Стадия 2: Формирование клинкерных минералов

В зоне спекания печи при температуре 1300–1450o C оксид кальция вступает в реакцию с оксидами, входящими в состав глины. В результате твердофазных реакций образуются основные клинкерные минералы, которые определяют свойства будущего цемента.

- Образование силикатов кальция:

Двухкальциевый силикат (белит, $2Cao \cdot SiO_2$ или $C_2S$ в цементной нотации) начинает образовываться при более низких температурах. Он отвечает за рост прочности цемента в долгосрочной перспективе.

$2Cao + SiO_2 \rightarrow 2Cao \cdot SiO_2$

Трехкальциевый силикат (алит, $3Cao \cdot SiO_2$ или $C_3S$) является основным минералом клинкера (до 60%). Он образуется при максимальной температуре и обеспечивает основной набор прочности цемента в начальные сроки твердения.

$3Cao + SiO_2 \rightarrow 3Cao \cdot SiO_2$

- Образование алюминатов и алюмоферритов кальция:

Трехкальциевый алюминат ($3Cao \cdot Al_2O_3$ или $C_3A$) отвечает за быстрое схватывание цементного раствора и значительное тепловыделение.

$3Cao + Al_2O_3 \rightarrow 3Cao \cdot Al_2O_3$

Четырехкальциевый алюмоферрит ($4Cao \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$ или $C_4AF$) придает цементу серый цвет и, являясь жидкой фазой при обжиге, способствует ускорению реакций между другими компонентами.

$4Cao + Al_2O_3 + Fe_2O_3 \rightarrow 4Cao \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$

После обжига клинкер охлаждают и измельчают с добавлением гипса ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), который регулирует скорость схватывания трехкальциевого алюмината, в результате чего получается готовый продукт — цемент.

Ответ:

Основные уравнения реакций при получении цементного клинкера:

1. Разложение известняка: $CaCO_3 \rightarrow Cao + CO_2$

2. Образование белита: $2Cao + SiO_2 \rightarrow 2Cao \cdot SiO_2$

3. Образование алита: $3Cao + SiO_2 \rightarrow 3Cao \cdot SiO_2$

4. Образование трехкальциевого алюмината: $3Cao + Al_2O_3 \rightarrow 3Cao \cdot Al_2O_3$

5. Образование четырехкальциевого алюмоферрита: $4Cao + Al_2O_3 + Fe_2O_3 \rightarrow 4Cao \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$