空气、 氢气、气体克分子体积和气体方程式
铜臭 / 2022-07-18
空气是自然界中大量存在的物质，它不仅是动植物生长所必须的，而且也是很多工业生产离不了的。氢气也是人们所熟悉的一种气体，在工业上用途极广。为了更好地利用这些气体，就需要知道它们的组成、性质和有关气体的基本定律及计算。
空气
空气是氧气、氨气、惰性气体和二氧化碳等气体组成的混合气体。在一般情况下，空气中各种成分的体积百分数如表1-2所示。
表1-2 干空气的组成
| 组成成分 |
氧气 |
氮气 |
惰性气体 |
二氧化碳 |
其它气体和杂质 |
| 体积百分数 |
21 |
78 |
0.94 |
0.03 |
0.03 |
空气是无色、无味的气体，在标准状况下(0°C和1大气压)，1升空气重1.293克，空气的平均分子量为29,常压下把空气冷却到-196°C以下时就变成谈兰色的液体。使液态空气蒸发，就可分别得到氮、氧等气体，因此工业上常用液态空气作为制取氮、氧等气体的原料。在生产中也常用压缩空气作机械动力，例如在水处理工艺中，常用经过净化后的压缩空气来操纵阀门或进行仪表的自动控制。下面谈谈空气组成中的主要成分。
1.氟气(N₂)。氮气是空气的主要成分之一，约占空气总 体积的4/5。氮的有机化合物(蛋白质)是生命所必须的，一 切生命都含有蛋白质。下面介绍氨的主要性质和用途。
( 1 )氮气的主要物理性质。氮气是双原子分子。它是无 色、无臭的气体,微溶于水，密度和空气差不多，沸点为-195.8°C, 熔点为-210.1°C。工业上制取氮气是先将空气液化，然后蒸发而得。由于液氮的沸点较液氧的低，所以首先蒸发出去的是氮气。
( 2 )氮气的主要化学性质。氦气既不象氢气那样可以自燃，又不象氧气那样可以助燃。在常温下，氮气不活泼，但在高压放电或升高温度时，可与许多元素化合生成氮化物。反应式(式中双箭头表示反应可向两个方向进行，详见第五章)如下
现在制取氨就是利用氮和氢反应。过去制取硝酸就是利用氮和氧的反应:即将NO氧化成NO₂,再将NO₂溶于水，得硝酸和NO(循环使用):
3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
由于用此法制取NO耗电过多，现已改用NH₃氧化制取NO:
4NH₃+5O₂=4NO+ 6H₂O
这种将空气中的氮气，制成氨和硝酸等化合物而将氮气固定下来的过程，称为氮的固定。
氮有各种化合价的氧化物:
( 3 )氮气的主要用途。氮气在工业上的主要用途是制取氨、化肥(尿素等)和硝酸的原料;此外，利用氮气在常温下不易和其它物质反应的性质，用作保护性气体。例如锅炉停用期间的充氮保护，防止锅炉腐蚀;变压器充氮保护，防止油氧化变质。
2.氧气(O₂)。氧气在空气的总体积中约占1/5,此外,在水、岩石、矿物以及动植物体内，都含有化合态氧。空气之所以能供给动物呼吸和帮助燃烧，也是由于其中含有氧气的缘故。
( 1 )氧气的主要物理性质。氧气是双原子分子。它是一种无色、无臭的气体，比空气稍重(在标准状况下，一升氧气重 1.429克)，微溶于水，沸点为-182.97°C， 熔点为-218.8°C，液态和固态的氧都呈淡蓝色。
( 2 )氧气的主要化学性质。氧气的性质很活泼，特别是在温度较高时，可以和许多物质发生剧烈反应，并放出光和热;但在常温下氧同有些物质作用较慢。例如在常温下，木炭、硫黄和铁丝几乎和氧气没有作用，但如将已点燃的木炭与硫黄和已烧红的铁丝放入氧气中时，却能发生强光并产生高温，其化学反应与在空气中进行的相同，只是剧烈程度大大增加。其化学反应式为:
C+O₂=CO₂
4Fe+3O₂= 2Fe₂O₃
物质与氧气(无论是纯氧或是空气中的氧)发生剧烈的化合反应，并同时放出光和热的现象，称为燃烧。氧气本身不能燃烧，只能助燃。氧气的很多用途，就是利用它的这一性质。
世界上一切事物都是一分为二的，氧气的化学性质活泼也给工业生产带来危害。如氧气可使大量的钢铁设备腐蚀损坏，在电厂补给水中的溶解氧，若不除去也会引起金属设备的腐蚀。
( 3 )氧气的主要用途。由于氧气能助燃，故工业上常利用物质在纯氧中燃烧比在空气中剧烈，来获得高温。例如，纯氧转炉炼钢，就是用氧气代替空气来炼钢，不仅可以缩短炼钢时间，而且还可以提高钢的质量;煤气在纯氧中燃烧所产生的高温，可以用来吹制石英制品和玻璃制品;电石气(又叫乙炔)在纯氧中燃烧，能产生三千多度的高温火焰(叫氧炔焰)，可用来焊接和切割金属。此外，氧气在医疗救护、高空飞行和深水潜冰等方面，都有重要的用处。
工业上为了便于贮存、运输和使用，通常把氧气加压到150大气压灌注在钢瓶中。使用加压氧气时，应严格遵守有关规章制度，以免引起燃烧燥炸等事故。
![2,2-双[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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