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稀有气体
一氧化碳

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一氧化碳(carbon monoxide),化学式为CO,是一种无色、无臭、无刺激性气味的气体。 在标准状况下,一氧化碳(carbon monoxide)相对分子质量为28.01,密度1.25g/l,冰点为-205.1℃,沸点-191.5℃。在水中的溶解度甚低,极难溶于水。与空气混合爆炸极限为12.5%~74.2%。一氧化碳极易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携氧的能力和作用,造成组织窒息,严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用,尤其对大脑皮质的影响最为严重。在冶金、化学、石墨电极制造以及家用煤气或煤炉、汽车尾气中均有CO存在。
该种气体是在古代用来处决希腊人和罗马人,在11世纪一个西班牙医生第一次描述了这种气体。 最早制备一氧化碳的是法国化学家 de Lassone(在1776年)。他通过加热氧化锌和碳制得了一氧化碳。但由于一氧化碳燃烧时产生了与氢气类似的蓝色火焰,de Lassone错误地认为他制得的是氢气。在1800年英国化学家William Cruikshank才证明一氧化碳是由碳元素和氧元素组成的化合物。
最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国的生理学家Claude Bernard。在1846年,他让狗吸入这种气体,发现狗的血液“变得比任何动脉中的血都要鲜红”。后来我们知道血液变成“樱桃红色”是一氧化碳中毒的特有的临床症状。
正是因为这种特点,一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉,可以使生肉不被氧化变色,甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉,并因此引起非议。美国消费者协会认为即使这种处理没有害处,也会掩盖肉不新鲜的状态,即使肉品处于即将腐烂状态,消费者也不知情。
电子式及结构
碳的最外层有四个电子,氧的最外层有6个电子,这样碳的两个单电子进入到氧的p轨道和氧的两个单电子配对成键,这样就形成两个键,然后氧的孤电子对进入到碳的空的P轨道中形成一个配位键,这样氧和碳之间就形成了三个键。
物理方面
在通常状况下,一氧化碳是无色、无臭、无味、难溶于水的气体,熔点-205.1℃,沸点-191.5℃。标准状况下气体密度为1.25g/L,和空气密度(标准状况下1.293g/L)相差很小,这也是容易发生煤气中毒的因素之一。它为中性气体。
化学方面
化学性质有:可燃性、还原性、毒性、极弱的氧化性
一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2,能进一步被氧化成+4价,从而使一氧化碳具有可燃性和还原性,一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧,生成二氧化碳。化学方程式:(条件:点燃)
燃烧时发出蓝色的火焰,放出大量的热。因此一氧化碳可以作为气体燃料。
一氧化碳作为还原剂,高温或加热时能将许多金属氧化物还原成金属单质,因此常用于金属的冶炼。如:将黑色的氧化铜还原成红色的金属铜,将氧化锌还原成金属锌:
这里特别提示:除非是严格防护下制备Ni(CO)₄,否则不得使用CO还原NiO,因为会反应生成剧毒的Ni(CO)₄
在炼铁炉中可发生多步还原反应:
一氧化碳还原氧化铁
注意:一氧化碳常温下化学性质稳定,但是仍然可以一些参与反应,但是特别注意,单纯的高锰酸钾溶液不能与一氧化碳反应。
常见的常温下氧化CO的反应如下
另外,一氧化碳可以和氢气化合,生成简单的有机物,表现氧化性
CO+2H2==高温催化剂==CH3OH
CO+3H2==高温催化剂==CH4+H2O
在加热和加压的条件下,它能和一些金属单质发生反应,组成分子化合物。如Ni(CO)₄(四羰基镍)、Fe(CO)₅(五羰基铁)等,这些物质都不稳定,加热时立即分解成相应的金属和一氧化碳,这是提纯金属和制得纯一氧化碳的方法之一。
用途
用于制甲酸钠,在冶金工业中作还原剂。
用于做气体燃料,如水煤气(一氧化碳和氢气等气体的混合物)。
一氧化碳是大气中分布最广和数量最多的污染物,也是燃烧过程中生成的重要污染物之一。大气中的CO主要来源是内燃机排气,其次是锅炉中化石燃料的燃烧。
CO是含碳燃料燃烧过程中生成的一种中间产物,最初存在于燃料中的所有碳都将形成CO。CO的形成和破坏过程都是受化学反应动力学机理所控制,是碳氢燃料燃烧过程中基本反应之一,它的生成机理为:
CO是不完全燃烧的产物之一。若能组织良好的燃烧过程,即具备充足的氧气、充分的混合,足够高的温度和较长的滞留时间,中间产物CO最终会燃烧完毕,生成CO₂或H₂O。因此,控制CO的排放不是企图抑制它的形成,而是努力使之完全燃烧。


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