當(dāng)碳或碳的化合物與有限的O2燃燒時(shí)得到CO,
C(s)+1/2O2(g)=CO(g) △H°=-111kJ·mol-1
工業(yè)上CO的主要來源為水煤氣,它是水蒸氣與灼熱(1273K)的焦炭反應(yīng)得到的CO和H2的混合氣體。
CO分子和N2分子各有10個(gè)價(jià)電子,它們是等電子體,兩者的分子軌道相同:
2N(1s22s22p3)→N2[KK(σ2s)2(σ2s*)2(πy2p)2(πz2p)2(σ2p)2]
C(1s22s22p2)+O(1s22s22p4)→CO[KK(σ2s)2(σ2s*)2(πy2p)2(πz2p)2(σ2p)2]
所以CO同N2ー樣也是三重鍵:一個(gè)σ鍵,二個(gè)π鍵。但是與N2分子不同的是有一個(gè)π鍵為配鍵,這對電子來自氧原子。其結(jié)構(gòu)式為:
CO的偶極矩幾乎為零。一般認(rèn)為這可能是由于在CO分子中,電子云偏向氧原子,但是配鍵的電子對是氧原子單方面供給的,這又使氧原子略帶正電荷,兩種因素相互抵銷,致使CO的偶極矩幾乎等于零。碳原子路帶負(fù)電荷,這個(gè)碳原子比較容易向其他有空軌道的原子提供電子對。這也就是CO分子的鍵能雖然比N2分子的大(鍵能c=o=1071kJ·mol-1,鍵能N≡N=945kJ·mol-1)而它卻較活潑的一個(gè)原因。
CO的主要化學(xué)性質(zhì)如下:
(1)CO作為一種配體,能與一些有空軌道的金屬原子或離子形成配合物。例如同ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的過渡金屬形成羰基配合物:Fe(CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6等。
CO之所以對人體有毒,也是因?yàn)樗芘c血液中攜帶O2的血紅蛋白(Hb)形成穩(wěn)定的配合物COHb。CO與Hb的親和力約為O2與Hb的230~270倍。COHb配合物一旦形成后,就使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力。所以CO中毒將導(dǎo)致組織低氧癥。如果血液中50%的血紅蛋白與CO結(jié)合,即可引起心肌壞死。
在工業(yè)氣體分析中常用亞銅鹽的氨水溶液或鹽酸溶液來吸收混合氣體中的CO,生成CuCl·CO·2H2O,這種溶液經(jīng)過處理放出CO,然后重新使用。合成氨工業(yè)中用銅洗液吸收CO為同一道理。
Cu(NH3)2CH3COO + CO + NH3 ? Cu(NH3)3·CH3COO·CO
醋酸二氨合銅(Ⅰ) 醋酸羰基三氨合銅(Ⅰ)
(2)它容易被氧化為CO2
CO在空氣或O2中燃燒,生成CO2并放出大量的熱。
CO2+1/2O2=CO2 △H°=-284kJ·mol-1
所以CO和水煤氣都是很好的氣體燃料。木炭或煤燃燒時(shí)的藍(lán)色火焰即CO的火焰。
這性質(zhì)也使CO成為冶金方面的還原劑。它在高溫下可以從許多金屬氧化物如Fe2O3、CuO或PbO中奪取氧,使金屬還原。冶金工業(yè)中用焦炭作還原劑,實(shí)際上起重要作用的是CO。
為消除汽車排出廢氣中的CO和碳?xì)浠衔飳諝獾奈廴?,現(xiàn)在有些汽車在排氣口裝有催化轉(zhuǎn)化裝置,用Al2O3纖維織物作載體,Pt或Pd為催化劑,此催化劑吸附O2,使CO等轉(zhuǎn)化為無毒的CO2。
CO還能使一些化合物中的金屬離子還原。如:
CO+PdCl2+H2O=CO2↑+Pd↓+2HCl
CO+2Ag(NH3)2OH=2Ag↓+CO2↑+4NH3+H2O
這些反應(yīng)都可以用于檢測微量CO的存在。
(3)CO與其它非金屬的作用
與氫反應(yīng):如
這些反應(yīng)使水媒氣成為合成甲醇和某些有機(jī)物的原料之一。
與鹵素反應(yīng):CO與F2、Cl2、Br2反應(yīng)可得到碳酰鹵化物。
如
碳酰氯又名“光氣”,它是有機(jī)合成中的重要中間體。
從形式上看,CO似乎是甲酸HCOOH的酸酐,但是它不能與水反應(yīng)形成甲酸,但甲酸脫水可以得到CO,
這是實(shí)驗(yàn)室利用甲酸成甲酸鈉制取CO的反應(yīng)。