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氧气的化学性质,不落入消极情绪

时间:2020-10-29 17:31:39 编辑:迷迷

氧(Oxygen)是一种化学元素,位于元素周期表第二周期ⅥA族,由英国化学家约瑟夫·普利斯特里与瑞典药剂师及化学家舍勒于1774年别离发现,元素符号是O。


它是地壳中最丰富、散布最广的元素,也是构成生物界与非生物界最重要的元素,在地壳的含量为48.6%。单质氧在大气中占20.9%。



关系表

中文名

元素类型

非金属

危险性描绘

R8:遇到易燃物会导致起火

安全性描绘

氧无毒、曝露在高浓度中,对肺和中枢神经有不良影响。

英文名

Oxygen

闪点

421.9°C

原子序数

8

危险品运输编号

UN1014/1072

危险性符号

O:氧化剂

别称

氧气

应用

气焊,医疗用氧

外观

无色、无味、无臭、无毒、无味气体

展开

1元素介绍

2发现前史

3元素散布

4理化性质

物理性质

化学性质

5制取办法

试验室制法

工业制法

6存在方式

单质

化合物

特殊

7氧中毒

肺型氧中毒


1元素介绍修改


氧(Oxygen)是一种化学元素,其原子序数为8,相对原子质量为16.00。在元素周期表中,氧是氧族元素的一员,它也是一个高反响性的第2周期非金属元素,很容易与简直一切其它元素构成化合物(首要为氧化物)。在标准状况下,两个氧原子结合构成氧气,是一种无色无臭无味的双原子气体,化学式为O2。如果按质量计算,氧在世界中的含量仅次于氢和氦,在地壳中,氧则是含量最丰富的元素。氧不仅占了水质量的89%,也占了空气体积的20.9%。


构成有机体的一切首要化合物都含有氧,包括蛋白质、碳水化合物和脂肪。构成动物壳、牙齿及骨骼的首要无机化合物也含有氧。由蓝藻、藻类和植物通过光合作用所发生的氧气化学式为O2,简直一切复杂生物的细胞呼吸作用都需求用到氧气。动物中,除了很少量之外,皆无法终身脱离氧气生存。可是关于厌氧性生物比如破伤风杆菌来说,氧气是有毒的。这类厌氧型生物曾经是前期地球上的首要生物,直到25亿年前氧气开始在大气层中逐步积累。氧元素的另一个同素异形体是臭氧。在高海拔构成的臭氧层能够隔离来自太阳的紫外线辐射。可是挨近地表的臭氧则是一种污染,这些臭氧首要存在于光化学烟雾中。


2发现前史修改

氧元素是由英国化学家约瑟夫·普利斯特里与瑞典药剂师及化学家舍勒于1774年别离发现。可是普利斯特里却支撑燃素学说。另有说法以为氧气首要由中国人马和首要发现。



1777年,法国化学家拉瓦锡提出焚烧的氧化学说,指出物质只能在含氧的空气中进行焚烧,焚烧物分量的添加与空气中失去的氧持平,然后推翻了全部的燃素说,并正式确立质量守恒定律。从严厉意义上讲,发现氧元素的为瑞典化学家舍勒,而确定氧元素化学性质的为法国化学家拉瓦锡。


在1608年,Cornelius Drebbel证明了加热硝石(硝酸钾,KNO₃)能释放气体。这便是氧气,但是并没有对它进行鉴定。


因发现氧而取得的荣誉由3位化学家分享:一个英国人,一个瑞典人,还有一个法国人。约瑟夫·普里斯特利是第一位发布氧元素声明的人,在1774年由聚焦阳光到氧化汞(HgO),然后收集释放出的气体完成。他留意到蜡烛在这儿焚烧的更亮堂了,而且能使呼吸变得更简略。普里斯特利不知道的是,卡尔·威尔海姆·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)在1771年6月就制取了氧。他写下了他的发现阐明,但直到1777年才发布。拉瓦锡也宣称发现了氧,而且他提议这种新的气体叫做oxy-gène,意思是构成酸的,由于他以为这种元素是一切酸性物质的根底。


2018年5月16日,大阪工业大学、日本国立天文台及名古屋大学等组成的团队宣布,运用南美智利的ALMA射电望远镜发现距地球132.8亿光年的狮子座方向银河中存在氧。


3元素散布修改

氧元素占整个地壳质量的48.6%,是地壳中含量最多的元素,它在地壳中基本上是以氧化合物的方式存在的。每一千克的海水中溶解有2.8毫克的氧气,而海水中的氧元素差不多到达了89%。就整个地球而言,氧的质量分数为15.2%。无论是人、动物仍是植物,他们的细胞都有相似的组成,其间氧元素占到65%的质量。在空气中,氧的体积占20.9%。


4理化性质修改

物理性质


基本信息


氧(Oxygen)是一种化学元素,其原子序数为8,相对原子质量为15.9994。由符号“O”表示。在元素周期表中,氧是氧族元素的一员,它也是一个高反响性的第2周期非金属元素,很容易与简直一切其它元素构成化合物(首要为氧化物)。在标准状况下,两个氧原子结合构成氧气,是一种无色无臭无味的双原子气体,化学式为O2。如果按质量计算,氧在世界中的含量仅次于氢和氦,在地壳中,氧则是含量最丰富的元素。氧不仅占了水质量的89%,也占了空气体积的20.9%。


同位素


氧的同位素已知的有十七种,包括氧-12至氧-28,其间氧-16、氧-17和氧-18三种归于安稳型,其他已知的同位素都带有放射性,其半衰期全部均少于三分钟。运用医用回旋加速器发生的质子,轰击重氧水之中的氧-18,通过(p,n)核反响,然后取得能够发射正电子的放射性同位素氟-18离子,用于组成正电子发射计算机断层扫描查看所需的示踪剂氟代脱氧葡萄糖。


符号 质子 中子 质量(u) 半衰期 原子核自旋 相对丰度 相对丰度改变量

12O 8 4 12.034405(20) 580(30)E-24 s [0.40(25) MeV] 0+

13O 8 5 13.024812(10) 8.58(5) ms (3/2-)

14O 8 6 14.00859625(12) 70.598(18) s 0+

15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) s 1/2-

16O 8 8 15.9949146 1956(16) 安稳 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776

17O 8 9 16.99913170(12) 安稳 5/2+ 0.00038(1) 0.00037-0.00040

18O 8 10 17.9991610(7) 安稳 0+ 0.00205(14) 0.00188-0.00222

19O 8 11 19.003580(3) 26.464(9) s 5/2+

20O 8 12 20.0040767(12) 13.51(5) s 0+

21O 8 13 21.008656(13) 3.42(10) s (1/2,3/2,5/2)+

22O 8 14 22.00997(6) 2.25(15) s 0+

23O 8 15 23.01569(13) 82(37) ms 1/2+#

24O 8 16 24.02047(25) 65(5) ms 0+

25O 8 17 25.02946(28)# <50 ns (3/2+)#

26O 8 18 26.03834(28)# <40 ns 0+

27O 8 19 27.04826(54)# <260 ns 3/2+#

28O 8 20 28.05781(64)# <100 ns 0+

补白:画上#号的数据代表没有通过试验的证明,仅仅理论估测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。


化学性质


氧的非金属性和电负性仅次于氟,除了氦、氖、氩、氪,一切元素都能与氧起反响。一般而言,绝大多数非金属氧化物的水溶液呈酸性,而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外,大多数有机化合物,可在氧气中焚烧生成二氧化碳与水蒸气,如酒精,甲烷。部分有机物不行燃,但也能和氧气等氧化剂发生氧化反响。


氧的化合价:氧的化合价很特殊一般为-2价和0价。而氧在过氧化物中一般为-1价。在超氧化物中为-1/2,臭氧化物中氧为-1/3,这儿的化合价被称为表观化合价,便是外表上看出来的化合价没有实践的意义,超氧化物中氧的化合价只能说是超氧根离子,不能单独的看每个原子,由于电子是量子化的,即不连续的,不存在1/2个电子,天然化合价也就没有0.5的说法,臭氧化物也一样,在过氧根中适当于是有两个电子组成了电子对,所以这两个电子不表现出化合价,所以过氧根离子整体呈-2价。而氧的正价很少呈现,只要在和氟的化合物二氟化氧,二氟化二氧和氟铂酸氧(O₂PtF₆)中显示+2价和+1价以及+0.5价,在中学化学中只要记住氧没有最高正价。



试验证明,除黄金外的一切金属都能和氧发生反响生成金属氧化物,比如铂在高温下在纯氧中被氧化生成二氧化铂,黄金一般以为不能和氧发生反响,可是有三氧化二金和氢氧化金等化合物,其间金为+3价;氧气不能和氯,溴,碘发生反响,可是臭氧能够氧化它们。


在元素周期表中归于ⅥA族元素,化合价一般为0和-2。大多数元素在含氧的气氛中加热时可生成氧化物。有许多元素可构成一种以上的氧化物。氧分子在低温下可构成水合晶体O₂·H₂O和O₂·H₂O₂,后者较不安稳。氧气在水中的溶解度是4.89毫升/100毫升水(0℃),是水中生命体的根底。氧在地壳中丰度占第一位。枯燥空气中含有20.946%体积的氧;水有88.81%分量的氧组成。除了O16外,还有O17和O18等同位素。常见氧化态有-Ⅰ,-Ⅱ,0。共价半径66pm,第一电离势1314kJ/mol,电负性3.44。


与金属的反响

化学方程式 现象

与钾的反响 4K+O2=2K2O 钾的外表变暗

2K+O2=K2O2

K+O2=KO2(超氧化钾)

2K+3O2=2KO3(臭氧化钾)

与钠的反响 4Na+O2=2Na2O 钠的外表变暗

2Na+O2=Na2O2 发生黄色火焰,放出很多的热,生成淡黄色粉末

与镁的反响 2Mg+O2=点着=2MgO 剧烈焚烧宣布耀眼的强光,放出很多热,生成白色粉末状固体。

与铝的反响 4Al+3O2=点着=2Al2O3 宣布亮堂的光,放出热量,生成白色固体。

与铁的反响 (铁锈的构成)

3Fe+2O2=点着=Fe3O4 红热的铁丝剧烈焚烧,火星四射,放出很多热,生成黑色固体。

与锌的反响 2Zn+O2=点着=2ZnO

与铜的反响 2Cu+O2=加热=2CuO 加热后亮赤色的铜丝外表生成一层黑色物质。

与汞的反响 2Hg+O2=加热=2HgO 加热后银白色液体变成赤色固体

与非金属的反响

化学方程式 现象

与氢气的反响 2H2+O2=点着=2H2O 安静地焚烧,发生淡蓝色的火焰,生成水并放出很多的热。[8]

与碳的反响 C+O2=点着=CO2 剧烈焚烧,宣布白光,放出热量,生成使弄清石灰水变污浊的气体。[9]

2C+O2=点着=2CO (氧气不充足时)

与硫的反响 S+O2=点着=SO2 在空气中焚烧,宣布微弱的淡蓝色火焰;在纯氧中焚烧得更旺,宣布蓝紫色火焰,放出热量,生成有刺激性气味的气体[10]。该气体能使弄清石灰水变污浊,且能使酸性高锰酸钾溶液或品红溶液褪色,褪色的品红溶液加热后颜色又恢复为赤色。

与红磷的反响 4P+5O2=点着=2P2O5 宣布耀眼白光,放热,生成很多白烟。

与白磷的反响 P4+5O2=点着=2P2O5 白磷在高于44摄氏度时会在氧气中自燃,发光发热,生成白烟。

与氮气的反响 N2+O2=高温或放电=2NO

与有机物的反响

如甲烷、乙炔、酒精、石蜡等能在氧气中焚烧生成水和二氧化碳。气态烃类的焚烧一般宣布亮堂的蓝色火焰,放出很多的热,生成水和能使弄清石灰水变污浊的气体。

甲烷 CH4+2O2=点着=CO2+2H2O

乙烯 C2H4+3O2=点着=2CO2+2H2O

乙炔 2C2H2+5O2=点着=4CO2+2H2O

苯 2C6H6+15O2=点着=12CO2+6H2O 在空气中焚烧时,火焰亮堂并有浓黑烟。

甲醇 2CH3OH+3O2=点着=2CO2+4H2O

乙醇 CH3CH2OH+3O2=点着=2CO2+3H2O

甲醛 HCHO+O2=点着=CO2+H2O

乙酸 CH3COOH+2O2=点着=2CO2+2H2O

碳氢氧化合物与氧气发生焚烧的通式 4CxHyOz+(4x+y-2z)O2=点着=4xCO2+2yH2O(通式完成后应留意化简!下同)

烃的焚烧通式 4CxHy+(4x+y)O2=点着=4xCO2+2yH2O

乙醇被氧气氧化 此反响包括两个步骤:

氯仿与氧气的反响 2CHCl3+O2=2COCl2(光气)+2HCl

其它有氧气参与的化学反响

硫化氢的焚烧 2H2S+3O2(过量)=点着=2H2O+2SO2[11]2H2S+O2(少量)=点着=2H2O+2S[11]

煅烧黄铁矿 4FeS2+11O2=高温=2Fe2O3+8SO2

二氧化硫的催化氧化 2SO2+O2←催化剂,△→2SO3

空气中硫酸酸雨的构成 2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

氨在纯氧中的焚烧 4NH3+3O2(纯)=点着=2N2+6H2O

氨的催化氧化 4NH3+5O2=加热,催化剂=4NO+6H2O(催化剂一般用铜)

一氧化氮与氧气的反响 2NO+O2=2NO2

转化为臭氧的反响 3O2=放电=2O3(该反响为可逆反响)

5制取办法修改

试验室制法

1.加热高锰酸钾或锰酸钾:






2.二氧化锰与氯酸钾共热:




过氧化氢分化制氧气

过氧化氢分化制氧气

(制得的氧气中含有少量Cl2、O3和微量ClO2;部分教材已经删掉;该反响实践上是放热反响,而不是吸热反响,发生上述1mol反响,放热108kJ)。


3.过氧化氢溶液催化分化(催化剂首要为二氧化锰,三氧化二铁、氧化铜也可):




工业制法

1、别离液态空气法


在低温条件下加压,使空气转变为液态,然后蒸腾,由于液态氮的沸点是‐196℃,比液态氧的沸点(‐183℃)低,因此氮气首要从液态空气中蒸宣布来,剩余的首要是液态氧。


空气中的首要成分是氧气和氮气。运用氧气和氮气的沸点不同,从空气中制备氧气称空气别离法。首要把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、然后进行紧缩、冷却,使之成为液态空气。然后,运用氧和氮的沸点的不同,在精馏塔中把液态空气屡次蒸腾和冷凝,将氧气和氮气别离开来,得到纯氧(能够到达99.6%的纯度)和纯氮(能够到达99.9%的纯度)。如果添加一些附加设备,还能够提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量很少的稀有惰性气体。由空气别离设备产出的氧气,通过紧缩机的紧缩,最后将紧缩氧气装入高压钢瓶贮存,或通过管道直接输送到工厂、车间运用。运用这种办法出产氧气,虽然需求大型的成套设备和严厉的安全操作技能,可是产值高,每小时能够产出数千、万立方米的氧气,而且所耗用的质料仅仅是不必买、不必运、不必仓库贮存的空气,所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来,这种制氧办法一直得到最广泛的应用。


2、膜别离技能


膜别离技能得到迅速发展。运用这种技能,在必定压力下,让空气通过具有富集氧气功用的薄膜,可得到含氧量较高的富氧空气。运用这种膜进行多级别离,能够得到百分之九十以上氧气的富氧空气。


3、分子筛制氧法(吸附法)


运用氮分子大于氧分子的特性,运用特制的分子筛把空气中的氧别离出来。首要,用紧缩机迫使枯燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中,空气中的氮分子即被分子筛所吸附,氧气进入吸附器内,当吸附器内氧气到达必定量(压力到达必定程度)时,即可打开出氧阀门放出氧气。通过一段时刻,分子筛吸附的氮逐步增多,吸附才能削弱,产出的氧气纯度下降,需求用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮,然后重复上述进程。这种制取氧的办法亦称吸附法.运用吸附法制氧的小型制氧机已经开宣布来,便于家庭运用。


4、电解制氧法


把水放入电解槽中,加入氢氧化钠或氢氧化钾以进步水的电解度,然后通入直流电,水就分化为氧气和氢气。每制取一立方米氧气,一起取得两立方米氢气。用电解法制取一立方米氧气要耗电12~15千瓦小时,与上述两种办法的耗电量(0.55~0.60千瓦小时)相比,是很不经济的。所以,电解法不适用于很多制氧。别的一起发生的氢气如果没有妥善的办法收集,在空气中集合起来,如与氧气混合,容易发生极端剧烈的爆破。所以,电解法也不适用于家庭制氧。


有氧气生成的化学反响

电解硫酸铜溶液 2CuSO4+2H2O=通电=2Cu↓+2H2SO4+O2↑

电解水 2H2O=通电=2H2↑+O2↑

光合作用总反响式 6CO2+6H2O—光,叶绿素→C6H12O6+6O2↑

电解硝酸银溶液 4AgNO3+2H2O =通电=4Ag↓+4HNO3+O2↑

氟气与水的反响 2F2+2H2O=O2+4HF

电解熔融氧化铝 2Al2O3=通电=4Al+3O2↑

氧化铜高温分化 4CuO=高温=2Cu2O+O2↑

加热氧化汞 2HgO=△=2Hg+O2↑

过氧化氢分化 2H2O2=2H2O+O2↑

硝酸的见光分化 4HNO3(浓) =光照= 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O

次氯酸见光分化 2HClO=光照=2HCl+O2↑

臭氧的分化 2O3=3O2

过氧化氢和氯气的反响 H2O2+Cl2=2HCl+O2↑(此处首要生成的首要是单线态氧,然后再聚组成键成氧气)

6存在方式修改

单质

氧气


氧气,空气首要组分之一,比空气重,标准状况(0℃,101325帕)下密度为1.429克/升。无色、无味。在水中溶解度很小,273k时溶解度为49.1mol/L。压强为101kPa时,氧气在约-183摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。氧分子具有顺磁性。[1]


臭氧


在常温下,它是一种有鱼腥臭味的蓝色气体。臭氧首要存在于距地球外表20~35公里的平流层顶部部的臭氧层中。在常温常压下,安稳性极差,在常温下可自行分化为氧气。臭氧具有激烈的刺激性,吸入过量对人体健康有必定损害。熔点21K,沸点160.6K,溶解度较大,273k时为494mol/L。具有反磁性。[1]


化合物

氧化物


之前说到的简直一切元素都能与氧气反响,得到的化合物中只要氧元素和另一种元素的二元化合物是氧化物,如水,CO2。氧化物有多种多样,首要分为:酸性氧化物,碱性氧化物,两性氧化物,不成盐氧化物和假氧化物。别的还有一些只含有氧元素的基团也能构成氧化物,分为:过氧化物,超氧化物,臭氧化物等。[1]


含氧化合物


含氧化合物泛指一切含有氧元素的化合物,比氧化物范围大,关于组成物质的元素种类无要求。[1]


特殊

四聚氧(O4)


这种氧分子能够安稳存在,预计构型为正四面体或许矩形,从两种构型中性分子O4,正一价分子O4+和负一价分子O₄-的基态电子结构,并根据能量最低原则确定了各自的结构参数,然后得到了O4分子2种结构的基态总能量、一价电离能及电子亲合势能。与氧原子、一般氧分子O₂和臭氧分子O₃的计算结果比较,显示O₄分子能够以正方形结构或正四面体结构方式存在,其间正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构。[1]


红氧(O8)


跟着室温下氧气的压强超过10GPa,它将出其不意地相变为另一个同素异形体。它的体积骤减,颜色也从蓝变成深红。这种ε相发现于1979年,但其时它的结构并不清楚。基于它的红外线吸收光谱,1999年,研究人员推断此相态是O4分子的晶体。但在2006年,X射线晶体学表明这个被称作ε氧或红氧的安稳相态实为O8。此结构在理论上不曾被猜测:由四个O2分子组成的菱形的O8原子簇。[1]


7氧中毒修改

氧虽对身体有利,但并非越多越好,氧气含量过高时也会发生氧中毒,[2]氧中毒首要分以下三种类型:


肺型氧中毒

相似支气管肺炎。其表现及一般的发展进程为:开始为相似上呼吸道感染引起的气管刺激症状,如胸骨后不适(刺激或炙烤感)伴轻度干咳,并缓慢加重;然后呈现胸骨后疼痛,且疼痛逐步沿支气管树向整个胸部延伸,吸气时为甚;疼痛逐步加剧,呈现不行控制的咳嗽;歇息时也伴有呼吸困难。在症状呈现的前期阶段完毕暴露,胸疼和咳嗽可在数小时内减轻。


脑型氧中毒

开始呈现额、眼、鼻、口唇及脸颊肌肉的纤维性颤抖,也可累及手的小肌肉;面色苍白、有异味感。继而可有恶心、呕吐、眩晕、汗、流涎、上腹部紧张;也可呈现视力损失、视野缩小、幻视、幻听;还会有心动过缓、心悸、气哽、指(趾)端发麻、情绪反常(忧虑、郁闷、烦躁或欣悦)。接着呈现极度疲惫、嗜睡、呼吸困难等。少量状况还可能发生虚脱。


眼型氧中毒


首要表现为视网膜萎缩。 早产婴儿在恒温箱内吸氧时刻过长,视网膜有广泛的血管堵塞、成纤维组织滋润、晶体后纤维增生,可因而致盲。[


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