定義:
氧氣,空氣主要組分之壹,比空氣重,標準狀況(0 和大氣壓強101325帕)下密度為1.429克/升。無色、無臭、無味。在水中溶解度很小。壓強為101kPa時,氧氣在約-183攝氏度時變為淡藍色液體,在約-218攝氏度時變成雪花狀的淡藍色固體。
氧氣的性質:
1.氧氣的物理性質:
(1)無色無味,標況下,氧氣的密度為1.429g/L,密度比空氣大,難溶於水,1L水中只能溶解約30ml的氧氣。
(2)三態變化:氧氣(無色氣體)液氮(淡藍色液體)固態氮(淡藍色雪花狀)
(3)工業產生的氧氣,壹般加壓貯存在藍色的鋼瓶中。
2.氧氣的化學性質:
(1)化學性質較活潑,在壹定條件下,可以和多種物質發生化學反應,同時放出熱量;具有助燃性和氧化性,在化學反應中提供氧,是壹種常用的氧化劑。
(2)助燃性,氧化性
①與金屬的反應:
2Mg+O22MgO
3Fe+2O2Fe3O4
②與非金屬的反應:
C+O2CO2(O2充分)
2C+O22CO(O2不充分)
③與化合物的反應:
2CO+O22CO2
CH4+2O2CO2+2H2O
C2H5OH+3O22CO2+3H2O
易錯點:
(1)誤認為氧氣具有可燃性,可以做燃料
氧氣可以幫助可燃物燃燒,具有助燃性,它本身不能燃燒,不能做可燃物。
(2)誤認為氧氣的化學性質非常活潑,能與所有物質發生反應
氧氣是壹種化學性質非常活潑的氣體,在壹定條件下能與許多物質發生化學反應,但不是與所有物質都能發生化學反應。
(3)誤認為燃燒都需要氧氣
燃燒有廣義和狹義之分,通常所說的燃燒是指可燃物與氧氣發生的壹種發光,放熱的劇烈的氧化反應。燃燒的條件之壹是需要氧氣。但有壹些燃燒不需要氧氣,如鎂在二氧化碳中也能燃燒。
(4)誤認為物質與氧氣的反應叫氧化反應
氧化反應是物質與氧發生的反應,其中包括物質與氧氣中的氧元素發生的反應,也包括物質與其他含氧物質中的氧元素發生的反應。如氫氣與氧氣反應生成水是氧化反應,氫氣與氧化銅反應生成銅和水也是氧化反應。
(5)誤認為氧氣與液氧性質不行
物質的性質包括物理性質和化學性質,氧氣與液氧物理性質不同,但化學性質是相同的,因為它們二者的分子構成相同,都是由氧分子構成的。
(6)誤認為含氧的物質都能制取氧氣。
制取氧氣需要含氧的物質,但不是所有的含氧物質都能用來制取氧氣。氧氣的用途
用途作用:
1. 冶煉工藝 在煉鋼過程中吹以高純度氧氣,氧便和碳及磷、硫、矽等起氧化反應,這不但降低了鋼的含碳量,還有利於清除磷、硫、矽等雜質。而且氧化過程中產生的熱量足以維持煉鋼過程所需的溫度,因此,吹氧不但縮短了冶煉時間,同時提高了鋼的質量。高爐煉鐵時,提高鼓風中的氧濃度可以降焦比,提高產量。在有色金屬冶煉中,采用富氧也可以縮短冶煉時間提高產量。
2. 化學工業
在生產合成氨時,氧氣主要用於原料氣的氧化,以強化工藝過程,提高化肥產量。再例如,重油的高溫裂化,以及煤粉的氣化等。
3. 國防工業
液氧是現代火箭最好的助燃劑,在超音速飛機中也需要液氧作氧化劑,可燃物質浸漬液氧後具有強烈的爆炸性,可制作液氧炸藥。
4. 醫療保健
供給呼吸:用於缺氧、低氧或無氧環境,例如:潛水作業、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫療搶救等時。
5. 其它方面
如:它本身作為助燃劑與乙炔、丙烷等可燃氣體配合使用,達到焊割金屬的作用,各行各業中,特別是機械企業裏用途很廣,作為切割之用也很方便,是首選的壹種切割方法。
過度吸氧負作用:
早在19世紀中葉,英國科學家保爾·伯特首先發現,如果讓動物呼吸純氧會引起中毒,人類也同樣。氧氣瓶氧氣瓶人如果在大於0.05MPa(半個大氣壓)的純氧環境中,對所有的細胞都有毒害作用,吸入時間過長,就可能發生“氧中毒”。肺部毛細管屏障被破壞,導致肺水腫、肺淤血和出血,嚴重影響呼吸功能,進而使各臟器缺氧而發生損害。在0.1MPa(1個大氣壓)的純氧環境中,人只能存活24小時,就會發生肺炎,最終導致呼吸衰竭、窒息而死。人在0.2MPa(2個大氣壓)高壓純氧環境中,最多可停留1.5小時~2小時,超過了會引起腦中毒,生命節奏紊亂,精神錯亂,記憶喪失。如加入0.3MPa(3個大氣壓)甚至更高的氧,人會在數分鐘內發生腦細胞變性壞死,抽搐昏迷,導致死亡。
此外,過量吸氧還會促進生命衰老。進入人體的氧與細胞中的氧化酶發生反應,可生成過氧化氫,進而變成脂褐素。這種脂褐素是加速細胞衰老的有害物質,它堆積在心肌,使心肌細胞老化,心功能減退;堆積在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆積在肝臟,削弱肝功能;堆積在大腦,引起智力下降,記憶力衰退,人變得癡呆;堆積在皮膚上,形成老年斑。
缺氧和富氧對人體的影響:
氧氣濃度(%體積)---征兆(大氣壓力下)
100%---致命/6分鐘;
50%---致命/4-5分鐘經治療可痊愈
>23.5%---富氧,有強烈爆炸危險
20.9%---氧氣濃度正常
19.5%---氧氣最小允許濃度
15-19%---降低工作效率,並可導致頭部、肺部和循環系統問題
10-12%---呼吸急促,判斷力喪失,嘴唇發紫
8-10%---智力喪失,昏厥,無意識,臉色蒼白,嘴唇發紫,惡心嘔吐
6-8%---8分鐘;
4-6%---40秒內抽搐,呼吸停止,死亡
氧氣的工業制法
工業制氧:
實驗室中常用過氧化氫或高錳酸鉀分解制取氧氣的方法,具有反應快、操作簡便、便於收集等特點,但成本高,無法大量生產,只能用於實驗室中。工業生產則需考慮原料是否易得、價格是否便宜、成本是否低廉、能否大量生產以及對環境的影響等。 空氣中約含21%的氧氣,這是制取氧氣的廉價、易得的原料。工業制氧
工業制氧的方法:
1、空氣冷凍分離法
空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同,從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質)、然後進行壓縮、冷卻,使之成為液態空氣。然後,利用氧和氮的沸點的不同,在精餾塔中把液態空氣多次蒸發和冷凝,將氧氣和氮氣分離開來,得到純氧(可以達到99.6%的純度)和純氮(可以達到99.9%的純度)。如果增加壹些附加裝置,還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產出的氧氣,經過壓縮機的壓縮,最後將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存,或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產氧氣,雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術,但是產量高,每小時可以產出數幹、萬立方米的氧氣,而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣,所以從1903年研制出第壹臺深冷空分制氧機以來,這種制氧方法壹直得到最廣泛的應用。
2、分子篩制氧法(吸附法)
利用氮分子大於氧分子的特性,使用特制的分子篩把空氣中的氧離分出來。首先,用壓縮機迫使幹燥的空氣通過分子篩進入抽成真空的吸附器中,空氣中的氮分子即被分子篩所吸附,氧氣進入吸附器內,當吸附器內氧氣達到壹定量(壓力達到壹定程度)時,即可打開出氧閥門放出氧氣。經過壹段時間,分子篩吸附的氮逐漸增多,吸附能力減弱,產出的氧氣純度下降,需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮,然後重復上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法.利用吸附法制氧的小型制氧機已經開發出來,便於家庭使用。