氢气:
氢气(Hydrogen)是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小,只有空气的1/14,即在标准大气压,0℃下,氢气的密度为0.0899g/L。所以氢气可作为飞艇的填充气体(由于氢气具有可燃性,安全性不高,飞艇现多用氦气填充)。氢气主要用作还原剂。
氢气的性质:1、
氢气的物理性质
在通常状况下,氢气是一种无色、无味的气体。氢气难溶于水。氢气是所有气体中密度最小的一种气体。标准状况下,氢气的密度是0.0899克/升。在101kPa下,温度为-252.87℃时,氢气可转变为无色的液体;-259.1℃时变为雪状固体。
2、
氢气的化学性质(可燃性)①纯净的氢气在空气中可以安静的燃烧,产生淡蓝色火焰,罩在火馅上方的干冷烧杯壁上有水雾出现,接触烧怀的手感到发烫,说明该反应生成水,并放出大量热。
反应的化学方程式为2H
2+O
22H
2O
②不纯的氧气(混有空气或氧气)点燃时极易爆炸,因此使用氢气时一定要注意安全,点燃前一定要先检验氢气的纯度
氢气和氧气的比较:
类别 |
氢气 |
氧气 |
物理性质 |
无色、无味、气体 比空气小,氢气是最轻的气体 难溶于水 |
无色、无味、气体 比空气略大 不易溶于水 |
检验 |
点然时,发出淡蓝色火焰,罩在火焰上方的干冷烧杯内壁上出现水珠 |
用带火星的木条检验,木条复燃 |
化学性质 |
①常温下性质稳定 ②可燃性:在点燃条件下燃烧,但不能支持燃烧 |
①化学性质比较活泼 ②助燃性:支持燃烧,但其本身无可燃性 ③氧化性:在氧化反应中提供氧 |
地壳中的元素分布: 地壳是由沙、黏土、岩石等组成的,其中含量最多的是氧元素,含量排在第二位至第五位的元素依次是硅、铝、铁、钙等。地壳中含量最高的非金属元素是氧元素;地壳中含量最高的金属元素是铝元素。(关键记清地壳中含量最高的前四位元素)
海水中元素分布:海水中的元素分布海洋约占地球表面的70%左右,海水中的元素含量分布如下表所示。其中含量最多的是氧元素。其次是氢元素,这两种元素约占总量的96.5%。
元素 |
O |
H |
Cl |
Na、Mg |
质量分数/% |
85.5 |
10.7 |
2.0 |
1.5 |
人体中元素分布:
水占人体体重的70%左右。组成人体的元素中含最最多的是氧元索,其次是碳、氢、氮元素。碳,氢、氮三种元素在地壳中的含量较少,但却是生命的必需元素。
元素 |
O |
C |
H |
N |
Ca |
P |
S、K |
质量分数/% |
65 |
18 |
10 |
3 |
1.5 |
1.0 |
1.5 |
金刚石:
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。
石墨: 石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
C60:
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的。) C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。
金刚石,石墨,碳60性质及用途比较
名称 |
金刚石 |
石墨 |
碳60 |
外观 |
纯净无色透明,正八 面体形状的晶体 |
深灰色,有金属光泽,不 透明的细鳞片状的固体, 质软,有滑腻感 |
分子型似足球状, 有金属光泽,其微晶 粉末呈黄色 |
结构模型 |
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导电性 |
几乎不导电 |
良好 |
几乎不导电 |
硬度 |
天然存在的最硬物质 |
质软 |
质脆 |
导热性 |
很差 |
良好 |
很差 |
熔点 |
很高 |
很高 |
较低 |
用途 |
钻头,刻刀,装饰品 |
电极,铅笔芯,润滑剂 |
制备新材料,新配 件,医学应用 |
区别与联系 |
金刚石、石墨,C60,,的物理性质有很大差异,原因是这些单质中碳原子的排列方式不同,但由于它们都是由碳元素组成的单质,故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。 |
人造金刚石:
20世纪80年代,人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料—硅的导热性不好,这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银),于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。
碳纤维:
碳纤维是一种纤维状碳材料,它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起,放在惰性气氛中,在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能如铜那样导电,具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料,可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机,不仅轻巧,而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节省大量的燃料。总之,用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等,在化工、机电、造船,特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。