用途作用:
1. 冶炼工艺 在炼钢过程中吹以高纯度氧气,氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应,这不但降低了钢的含碳量,还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度,因此,吹氧不但缩短了冶炼时间,同时提高了钢的质量。高炉炼铁时,提高鼓风中的氧浓度可以降焦比,提高产量。在有色金属冶炼中,采用富氧也可以缩短冶炼时间提高产量。
2. 化学工业
在生产合成氨时,氧气主要用于原料气的氧化,以强化工艺过程,提高化肥产量。再例如,重油的高温裂化,以及煤粉的气化等。
3. 国防工业
液氧是现代火箭最好的助燃剂,在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂,可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性,可制作液氧炸药。
4. 医疗保健
供给呼吸:用于缺氧、低氧或无氧环境,例如:潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时。
5. 其它方面
如:它本身作为助燃剂与乙炔、丙烷等可燃气体配合使用,达到焊割金属的作用,各行各业中,特别是机械企业里用途很广,作为切割之用也很方便,是首选的一种切割方法。
过度吸氧负作用:
早在19世纪中叶,英国科学家保尔·伯特首先发现,如果让动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。氧气瓶氧气瓶人如果在大于0.05MPa(半个大气压)的纯氧环境中,对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”。肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各脏器缺氧而发生损害。在0.1MPa(1个大气压)的纯氧环境中,人只能存活24小时,就会发生肺炎,最终导致呼吸衰竭、窒息而死。人在0.2MPa(2个大气压)高压纯氧环境中,最多可停留1.5小时~2小时,超过了会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。如加入0.3MPa(3个大气压)甚至更高的氧,人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死,抽搐昏迷,导致死亡。
此外,过量吸氧还会促进生命衰老。进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴呆;堆积在皮肤上,形成老年斑。
缺氧和富氧对人体的影响:
氧气浓度(%体积)---征兆(大气压力下)
100%---致命/6分钟;
50%---致命/4-5分钟经治疗可痊愈
>23.5%---富氧,有强烈爆炸危险
20.9%---氧气浓度正常
19.5%---氧气最小允许浓度
15-19%---降低工作效率,并可导致头部、肺部和循环系统问题
10-12%---呼吸急促,判断力丧失,嘴唇发紫
8-10%---智力丧失,昏厥,无意识,脸色苍白,嘴唇发紫,恶心呕吐
6-8%---8分钟;
4-6%---40秒内抽搐,呼吸停止,死亡
定义:
金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。
常见金属活动性顺序: K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金属活动性顺序表的意义 (1)金属的位置越靠前,它的活动性越强
(2)位于氢前面的金属能置换出酸中的氢(强氧化酸除外)。
(3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。
(4)很活泼的金属,如K、Ca、Na与盐溶液反应,先与溶液中的水反应生成碱,碱再与盐溶液反应,没有金属单质生成。如:
2Na+CuSO
4+2H
2O==Cu(OH)
2↓+Na
2SO
4+H
2↑
(5)不能用金属活动性顺序去说明非水溶液中的置换反应,如氢气在加热条件下置换氧化铁中的铁:
Fe
2O
3+3H
22Fe+3H
2O
金属原子与金属离子得失电子能力的比较
金属活动性顺序表的应用 (1)
判断某些置换反应能否发生 a.判断金属与酸能否反应:
条件:
①金属必须排在氢前面
②酸一般指盐酸或稀硫酸
b.判断金属与盐溶液能否反应:
条件:
①单质必须排在盐中金属的前面
②盐必须可溶于水
③金属不包含K、Ca、Na
(2)
根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO
4,AgNO
3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO
4和AgNO
3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO
3中的Ag完全置换后再置换CuSO
4中的Cu,那么溶液中只有FeSO
4;如果铁的量不足,应按照“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
(3)根据金属活动性顺序表判断金属与酸反应的速率或根据反应速率判断金属的活动性顺序。如镁、锌、铁三种金属与同浓度的稀H
2SO
4反应产生氢气的速率:Mg>Zn>Fe,则可判断金属活动性Mg>Zn>Fe,
(4)
利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史。金属活动性越弱,从其矿物中还原出金属单质越容易; 金属活动性越强,从其矿物中还原出金属单质越难。所以越活泼的金属越不易冶炼,难于冶炼的金属开发利用的时间就越迟。
(5)
应用举例 a.湿法炼铜我国劳动人民在宋代就掌握了湿法炼铜技术,即将铁放入硫酸铜溶液中置换出铜: Fe+CuSO
4=FeSO
4+Cu。
b.从洗相废液中回收银洗相废掖中含有大量的硝酸银,可用铁置换回收: Fe+2AgNO
3==Fe(NO
3)
2+2Ag。
c.处理工业废水中的铜、汞离子工业废水中常含铜、汞等金属离子,这些离子对生物有很大的危害,在排放前必须进行处理,可用铁置换回收:Fe+CuSO
4==FeSO
4+Cu
d.实验室选择金属与酸反应制取氢气在金属活动性顺序表中,H之前的金属都能跟稀 H
2SO
4、稀HCl反应产生氢气,但Zn之前的金属与酸反应太快。不便操作;Zn之后的金属与酸反应太慢,花费时间太长,从经济效益和反应速率多方而考虑,Zn是最合适的金属。
金属与混合溶液的反应 (1)将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时,其中排在金属活动性顺序表巾最靠后的金属最先被置换出来,然后再依次置换出稍靠后的金属。简记为“在金属活动性顺序中,距离远,先反应”。如将金属Zn。放入FeSO
4和CuSO
4的混合溶液中,Zn先与CuSO
4发生置换反应,与CuSO
4反应完后再与FeSO
4 发生置换反应。根据金属锌的最不同可分为以下几种情况:
金属锌的量 |
析出金属 |
滤液的成分 |
锌不足(不能与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4、CuSO4 |
锌不足(恰好与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌不足(不能与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌适量(恰好与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4 |
锌足量 |
Zn、Fe、Cu |
ZnSO4 |
(2)将几种不同的金属放入同一种盐溶液中,发生反应的情况与将一种金属放入几种金属的盐溶液中相似,也是在金属活动性顺序表中,距离越远的先反应,然后是距离较远的反应。
金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法:(1)等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映两种情况:
①酸不足,金属过虽,产生的氢气质量由酸的质量决定。
②酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同,如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。
(2)等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:
①金属越活泼,图示反应物的线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡,说明活泼性Mg>Zn>Fe
②金属的相对原子质量越小。等质量时,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高,因此,相对原子质量Zn >Fe>Mg。
可简单概括为:越陡越活,越高越小。
(3)等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。
可用下面式子计算氢气质量:
金属与酸或盐溶液反应前后溶液密度变化的判断方法:金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应均为置换反应,反应后溶液的溶质发生了改变,导致溶液的溶质质量分数、溶液的密度也随之改变。反应前后溶液的密度的变化取决于反应前后溶液中溶质的相对分子质量的相对大小。
(1)反应后溶液密度变小:如Fe+CuSO
4== FeSO
4+Cu,在该反应中,反应前溶液中的溶质为CuSO
4,其相对分子质量为160;反应后溶液中的溶质为FeSO
4,其相对分子质量为152,由于152<160,故该反应后溶液密度变小。
(2)反应后溶液密度变大:如Zn+H
2SO
4== ZnSO
4+H
2↑,在该反应中,反应前溶液中的溶质为H
2SO
4,相对分子质量为98;反应后溶液中溶质为ZnSO
4,相对分子质童为161,由于161>98。故该反应后溶液密度变大。
真假黄金的鉴别:
黄金是一种具有金黄色光泽的金属、化学性质极不活泼。黄铜的外形与黄金非常相似,所以不法分子常用黄铜(Zn,Cu合金)来冒充黄金。但二者之间的性质有很大差异,可用多种方法鉴别。
方法一:取少量金黄色金属块于试管中,加入少量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生(Zn+2HCl==ZnCl
2 +H
2),则原试样为黄铜;若没有气泡产生,则原试样为黄金。
方法二:取少量金黄色金属块,用天平称其质量,用量筒和水测出其体积,计算出金属块的密度与黄金的密度对照,若密度相等,则为黄金;若有较大的差异,则为黄铜。
方法三:取少员金黄色金属块在火焰上加热,若金属块表面变黑(2Cu+O
22CuO,则原试样为黄铜;若无变化,则为黄金。
方法四:取少讨金黄色金属块于试管中,向试管中加人适量的硫酸铜溶液,若金属块表而出现红色物质且溶液颜色变浅(Zn+CuSO
4==ZnSO
4+Cu),则原试样为黄铜;若无变化,则原试样为黄金。