空氣、 氫氣、氣體克分子體積和氣體方程式
銅臭 / 2022-07-18
空氣是自然界中大量存在的物質(zhì)，它不僅是動植物生長所必須的，而且也是很多工業(yè)生產(chǎn)離不了的。氫氣也是人們所熟悉的一種氣體，在工業(yè)上用途極廣。為了更好地利用這些氣體，就需要知道它們的組成、性質(zhì)和有關(guān)氣體的基本定律及計(jì)算。
空氣
空氣是氧氣、氨氣、惰性氣體和二氧化碳等氣體組成的混合氣體。在一般情況下，空氣中各種成分的體積百分?jǐn)?shù)如表1-2所示。
表1-2 干空氣的組成
| 組成成分 |
氧氣 |
氮?dú)?/span> |
惰性氣體 |
二氧化碳 |
其它氣體和雜質(zhì) |
| 體積百分?jǐn)?shù) |
21 |
78 |
0.94 |
0.03 |
0.03 |
空氣是無色、無味的氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(0°C和1大氣壓)，1升空氣重1.293克，空氣的平均分子量為29,常壓下把空氣冷卻到-196°C以下時就變成談蘭色的液體。使液態(tài)空氣蒸發(fā)，就可分別得到氮、氧等氣體，因此工業(yè)上常用液態(tài)空氣作為制取氮、氧等氣體的原料。在生產(chǎn)中也常用壓縮空氣作機(jī)械動力，例如在水處理工藝中，常用經(jīng)過凈化后的壓縮空氣來操縱閥門或進(jìn)行儀表的自動控制。下面談?wù)効諝饨M成中的主要成分。
1.氟氣(N?)。氮?dú)馐强諝獾闹饕煞种唬s占空氣總 體積的4/5。氮的有機(jī)化合物(蛋白質(zhì))是生命所必須的，一 切生命都含有蛋白質(zhì)。下面介紹氨的主要性質(zhì)和用途。
( 1 )氮?dú)獾闹饕锢硇再|(zhì)。氮?dú)馐请p原子分子。它是無 色、無臭的氣體,微溶于水，密度和空氣差不多，沸點(diǎn)為-195.8°C, 熔點(diǎn)為-210.1°C。工業(yè)上制取氮?dú)馐窍葘⒖諝庖夯?，然后蒸發(fā)而得。由于液氮的沸點(diǎn)較液氧的低，所以首先蒸發(fā)出去的是氮?dú)狻?/span>
( 2 )氮?dú)獾闹饕瘜W(xué)性質(zhì)。氦氣既不象氫氣那樣可以自燃，又不象氧氣那樣可以助燃。在常溫下，氮?dú)獠换顫?，但在高壓放電或升高溫度時，可與許多元素化合生成氮化物。反應(yīng)式(式中雙箭頭表示反應(yīng)可向兩個方向進(jìn)行，詳見第五章)如下
現(xiàn)在制取氨就是利用氮和氫反應(yīng)。過去制取硝酸就是利用氮和氧的反應(yīng):即將NO氧化成NO?,再將NO?溶于水，得硝酸和NO(循環(huán)使用):
3NO?+H?O=2HNO?+NO
由于用此法制取NO耗電過多，現(xiàn)已改用NH?氧化制取NO:
4NH?+5O?=4NO+ 6H?O
這種將空氣中的氮?dú)?，制成氨和硝酸等化合物而將氮?dú)夤潭ㄏ聛淼倪^程，稱為氮的固定。
氮有各種化合價(jià)的氧化物:
( 3 )氮?dú)獾闹饕猛尽５獨(dú)庠诠I(yè)上的主要用途是制取氨、化肥(尿素等)和硝酸的原料;此外，利用氮?dú)庠诔叵虏灰缀推渌镔|(zhì)反應(yīng)的性質(zhì)，用作保護(hù)性氣體。例如鍋爐停用期間的充氮保護(hù)，防止鍋爐腐蝕;變壓器充氮保護(hù)，防止油氧化變質(zhì)。
2.氧氣(O?)。氧氣在空氣的總體積中約占1/5,此外,在水、巖石、礦物以及動植物體內(nèi)，都含有化合態(tài)氧?？諝庵阅芄┙o動物呼吸和幫助燃燒，也是由于其中含有氧氣的緣故。
( 1 )氧氣的主要物理性質(zhì)。氧氣是雙原子分子。它是一種無色、無臭的氣體，比空氣稍重(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一升氧氣重 1.429克)，微溶于水，沸點(diǎn)為-182.97°C， 熔點(diǎn)為-218.8°C，液態(tài)和固態(tài)的氧都呈淡藍(lán)色。
( 2 )氧氣的主要化學(xué)性質(zhì)。氧氣的性質(zhì)很活潑，特別是在溫度較高時，可以和許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，并放出光和熱;但在常溫下氧同有些物質(zhì)作用較慢。例如在常溫下，木炭、硫黃和鐵絲幾乎和氧氣沒有作用，但如將已點(diǎn)燃的木炭與硫黃和已燒紅的鐵絲放入氧氣中時，卻能發(fā)生強(qiáng)光并產(chǎn)生高溫，其化學(xué)反應(yīng)與在空氣中進(jìn)行的相同，只是劇烈程度大大增加。其化學(xué)反應(yīng)式為:
C+O?=CO?
4Fe+3O?= 2Fe?O?
物質(zhì)與氧氣(無論是純氧或是空氣中的氧)發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，并同時放出光和熱的現(xiàn)象，稱為燃燒。氧氣本身不能燃燒，只能助燃。氧氣的很多用途，就是利用它的這一性質(zhì)。
世界上一切事物都是一分為二的，氧氣的化學(xué)性質(zhì)活潑也給工業(yè)生產(chǎn)帶來危害。如氧氣可使大量的鋼鐵設(shè)備腐蝕損壞，在電廠補(bǔ)給水中的溶解氧，若不除去也會引起金屬設(shè)備的腐蝕。
( 3 )氧氣的主要用途。由于氧氣能助燃，故工業(yè)上常利用物質(zhì)在純氧中燃燒比在空氣中劇烈，來獲得高溫。例如，純氧轉(zhuǎn)爐煉鋼，就是用氧氣代替空氣來煉鋼，不僅可以縮短煉鋼時間，而且還可以提高鋼的質(zhì)量;煤氣在純氧中燃燒所產(chǎn)生的高溫，可以用來吹制石英制品和玻璃制品;電石氣(又叫乙炔)在純氧中燃燒，能產(chǎn)生三千多度的高溫火焰(叫氧炔焰)，可用來焊接和切割金屬。此外，氧氣在醫(yī)療救護(hù)、高空飛行和深水潛冰等方面，都有重要的用處。
工業(yè)上為了便于貯存、運(yùn)輸和使用，通常把氧氣加壓到150大氣壓灌注在鋼瓶中。使用加壓氧氣時，應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)章制度，以免引起燃燒燥炸等事故。
![2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基苯)]六氟丙烷](images/202103/thumb_img/3458_thumb_G_1615773264954.jpg)
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