氧气纯度(关于氧气背后的知识你知道吗？)

Posted 2023-05-30

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氧气纯度(关于氧气背后的知识你知道吗？)

氧气的性质

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定义：

氧气，空气主要组分之一，比空气重，标准状况（0℃和大气压强101325帕）下密度为1.429克/升。无色、无臭、无味。在水中溶解度很小。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。

氧气的性质：

1.氧气的物理性质：

（1）无色无味，标况下，氧气的密度为1.429g/L，密度比空气大，难溶于水，1L水中只能溶解约30ml的氧气。

（2）三态变化：氧气（无色气体）液氮（淡蓝色液体）固态氮（淡蓝色雪花状）

（3）工业产生的氧气，一般加压贮存在蓝色的钢瓶中。

2.氧气的化学性质：

（1）化学性质较活泼，在一定条件下，可以和多种物质发生化学反应，同时放出热量；具有助燃性和氧化性，在化学反应中提供氧，是一种常用的氧化剂。

（2）助燃性，氧化性

①与金属的反应：

2Mg+O22MgO

3Fe+2O2Fe3O4

②与非金属的反应：

C+O2CO2（O2充分）

2C+O22CO（O2不充分）

③与化合物的反应：

2CO+O22CO2

CH4+2O2CO2+2H2O

C2H5OH+3O22CO2+3H2O

易错点：

（1）误认为氧气具有可燃性，可以做燃料

氧气可以帮助可燃物燃烧，具有助燃性，它本身不能燃烧，不能做可燃物。

（2）误认为氧气的化学性质非常活泼，能与所有物质发生反应

氧气是一种化学性质非常活泼的气体，在一定条件下能与许多物质发生化学反应，但不是与所有物质都能发生化学反应。

（3）误认为燃烧都需要氧气

燃烧有广义和狭义之分，通常所说的燃烧是指可燃物与氧气发生的一种发光，放热的剧烈的氧化反应。燃烧的条件之一是需要氧气。但有一些燃烧不需要氧气，如镁在二氧化碳中也能燃烧。

（4）误认为物质与氧气的反应叫氧化反应

氧化反应是物质与氧发生的反应，其中包括物质与氧气中的氧元素发生的反应，也包括物质与其他含氧物质中的氧元素发生的反应。如氢气与氧气反应生成水是氧化反应，氢气与氧化铜反应生成铜和水也是氧化反应。

（5）误认为氧气与液氧性质不行

物质的性质包括物理性质和化学性质，氧气与液氧物理性质不同，但化学性质是相同的，因为它们二者的分子构成相同，都是由氧分子构成的。

（6）误认为含氧的物质都能制取氧气。

制取氧气需要含氧的物质，但不是所有的含氧物质都能用来制取氧气。氧气的用途

用途作用:

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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

氧气的工业制法

工业制氧:

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实验室中常用过氧化氢或高锰酸钾分解制取氧气的方法，具有反应快、操作简便、便于收集等特点，但成本高，无法大量生产，只能用于实验室中。工业生产则需考虑原料是否易得、价格是否便宜、成本是否低廉、能否大量生产以及对环境的影响等。空气中约含21%的氧气，这是制取氧气的廉价、易得的原料。工业制氧

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工业制氧的方法:

1、空气冷冻分离法

空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不同，从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、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)、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧(可以达到99．6%的纯度)和纯氮(可以达到99．9%的纯度)。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。

2、分子筛制氧法（吸附法）

利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干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，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法.利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。