化工厂常见化学品的物理化学性质

化工厂常见化学品的物理化学性质一、主要化学品的物理化学性质（一）氨氨（Ammonia，即阿摩尼亚），或称“氨气”，氮和氢的化合物，分子式为NH，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨，除去压力后吸收周围的热变成气体，是一种制冷剂。氨也是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。由于氨可以提供孤对电子，所以它也是一种路易斯碱。化学式：NH电子式：如右图三维模型一、结构：氨分子为三角锥形分子，是极性分子。N原子以sp3杂化轨道成键。二、物理性质：氨气通常情况下是有刺激性气味的无色气体，密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨可作制冷剂。以700：1的溶解度溶于水。摩尔质量：17.0306g/mol CAS: 7664-41-7 密度： 0.638567 （标况）熔点（mp）：-77.73 沸点（bp）：-33.34 临界点：132.9C，11.38MPa 25%28%浓氨水密度：0.899 g/mL,0 爆炸极限：15.8%28% 偶极距：1.42 D2 主要化学性质燃烧氧化氨气能在纯净的氧气中燃烧，产物是空气中的成分，不污染环境，因此有一定的利用前景：1和水的反应氨气极容易溶于水，溶于水时和水反应生成一水合氨，俗称氨水，市售氨水的浓度为25%到28%。氨水呈弱碱性，因为在水中存在这样的电离：和金属的反应NH3亦可与金属离子如Ag、Cu等发生络合，生成络合物：和酸的反应氨可以和酸反应生成铵盐，如：可以用这些反应来检验氨气的存在。其他氧化还原反应氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业生产硝酸的重要反应：除此之外还可在下列反应中呈现还原性：氨的合成氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：N+3H2NH(g) H=-92.4kJ/mol（二）尿素尿素，又称碳酰胺（carbamide)，是一种白色晶体。最简单的有机化合物之一。碳酸的二酰胺，分子式为H2NCONH2（CO(NH2)2）。哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物。也是目前含氮量最高的氮肥。作为一种中性肥料，尿素适用于各种土壤和植物。它易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是目前使用量较大的一种化学氮肥。工业上用氨气和二氧化碳在一定条件下合成尿素。1 物理性质化学式：CO(NH2)2，相对分子质量60.06 ，CO(NH2)2无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，有刺鼻性气味。含氮量约为46.67%。密度1.335g/cm3。熔点132.7。溶于水、醇，难溶于乙醚、氯仿。呈弱碱性。分子式：CH4N2O 分子量：60.06 熔点：131-135沸点：196.6Cat760mmHg 折射率：n20/D 1.40 闪点：72.7CInchi：InChI=1/CH4N2O/c2-1(3)4/h(H4,2,3,4)密度：1.335 水溶性：1080 g/L (20)溶解性：溶于水、甲醇、乙醇，微溶于乙醚、氯仿、苯。尿素分子模型化学性质2可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解，产生氨气同时变为异氰酸。因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46%，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。对热不稳定，加热至150160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚。）与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲（又称巴比妥酸，因其有一定酸性）。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼作用生成氨基脲。尿素易溶于水，在20时100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强。粒状尿素为粒径12毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20时临界吸湿点为相对湿度80%，但30时，临界吸湿点降至72.5%，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。3 制备方法【方法一】 用二氧化碳和氨在高温、高压下合成氨基甲酸铵，经分解、吸收转化后，结晶，分离、干燥而成。【方法二】 其制备方法是将经过净化的氨与二氧化碳按摩尔比2.84.5混合进入合成塔，塔内压力为13.824.6 MPa，温度为180200，反应物料停留时间为2540min，得到含过剩氨和氨基甲酸铵的尿素溶液，经减压降温，将分离出氨和氨基甲酸铵后的脲液蒸发到99.5%以上，然后在造粒塔造粒得到尿素成品。【方法三】尿素中哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物。1922年，在德国实现了用氨和二氧化碳合成尿素的工业化生产。氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸胺，再脱水生成尿素。【工业制法】生产方法：工业上用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反应如下：2NH3+CO2NH2COONH4CO(NH2)2+H2O1（三）甲醇甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，化学式CH3OH。又称“木醇”或“木精”。是无色有酒精气味易挥发的液体。有毒，误饮510毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。化学式CH3OH CH4O 相对分子质量32.04 物理性质 甲醇的锯架投影式甲醇是一种无色、易燃、易挥发的有毒液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(20/4)，熔点-97.8，沸点64.5，燃烧热725.76KJ/mol，闪点12.22，自燃点463.89，蒸气密度1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸气与空气混合物爆炸极限636.5 %（体积比），能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，但是不与石油醚混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。挥发途中也会使物体油漆表面遭腐蚀。燃烧反应式为： 2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O 甲醇燃烧时无烟，火焰呈蓝色,在空气中爆炸极限6.036.5%（体积比） 甲醇的生产，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为： 2H2 + CO CH3OH 合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。 （四）CO化学式CO。无色、无臭、无味的气体。熔点199，沸点191.5，密度1.25克厘米，25时在水中的溶解度为0.0026克100克水。室温下，一氧化碳不被氧气氧化，高温下能在空气中燃烧，生成二氧化碳，并放出大量热，这一反应必须有微量水蒸气存在，才能发生。一氧化碳与水作用，并不生成甲酸，因此它不是甲酸酐。一氧化碳很容易溶解在乙醇内。在高温下，一氧化碳是一种很强的还原剂，它能将金属氧化物还原为金属，最典型的例子是一氧化碳在高炉内将氧化铁还原为金属铁。一氧化碳还能与许多金属或非金属发生加合作用。在高温和加压下，与铁、镍、铬形成金属羰基化物，如四羰基镍Ni(CO)4。在日光或铂粉的催化下，一氧化碳与氯气发生反应，生成碳酰氯，俗称光气。一氧化碳在140和加压下与氢氧化钠溶液反应，生成甲酸钠。在300600，11072107帕压力下和混合金属氧化物做催化剂，与氢反应生成甲醇和苯。一氧化碳是有毒气体，空气中含量为0.1，就会引起中毒，如果含量大于1，有可能致人死亡。致毒的原因是一氧化碳与人体血液中的血红蛋白发生加合作用，生成羰合血红蛋白，使血红蛋白失去输氧能力，使人体严重缺氧，煤气中含有一氧化碳，称为煤气中毒。一氧化碳的检测方法为与氯化钯溶液发生反应，被还原出黑色金属钯： COPdCl2H2O=CO2Pd2HCl 一氧化碳的实验室制法为甲酸与浓硫酸作用。很纯的一氧化碳用四羰基镍在200下热分解制取： Ni(CO)4Ni+4CO 一氧化碳的工业制法主要从煤气中分离出来 。用石油、煤等含碳物质作燃料的工业，机动车等交通工具都会排放有毒的一氧化碳，造成空气污染，要用催化装置将它转化为二氧化碳。一氧化碳用作冶金工业的燃料，也是有机合成工业的原料，用于合成甲醇、苯、甲烷等，研究这种合成方法的称为C1化学，被认为是解决能源短缺问题的又一途径。（五）CO2 二氧化碳的性质：在通常状况下是一种无色、无臭、无味的气体能溶于水，溶解度为0144g/100g水（25）。在20时，将二氧化碳加压到573106 Pa即可变成无色液体，常压缩在钢瓶中存，在566、527105 Pa时变为固体。液态二氧化碳碱压迅速蒸发时，一部分气化吸热，二另一部分骤冷变成雪状固体，将雪状固体压缩，成为冰状固体，即俗你“干冰”。“干冰”在1013105 Pa、785时可直接升华变成气体。二氧化碳比空气重，在标准状况下密度为1977g/L，约是空气的15倍。二氧化碳无毒，但不能供给动物呼吸，是一种窒息性气体。在空气中通常含量为003（体积），若含量达到10时，就会使人呼吸逐渐停止，最后窒息死亡）枯井、地窖、地洞底部一般二氧化碳的浓度较高，所以在进入之前，应先用灯火试验，如灯火熄灭或燃烧减弱，就不能贸然进入，以免发生危险。 二氧化碳表现的化学性质非常常见。CO2能溶于水并与水反应生成碳酸，使紫色石蕊试液变成红色： CO2十H2O = H2CO3 H2CO3又是二种不稳定的酸，易分解重新释放出CO2 H2CO3CO2H2O CO2为酸性氧化物，易与碱性氧化物反应生成相应的碳酸盐： CO2Na2O = Na2CO3 CO2与碱反应生成相应的碳酸盐和水： CO2Ba(OH)2 = BaCO3H2O CO2可使澄清的石灰水变浑浊，此反应常用于检验CO2的存在： CO2Ca(OH)2 = CaCO3H2O CO2与碱作用还可能生成酸式碳酸盐： 2CO2Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2 CO2NH3HO = NH4HCO3 CO2中碳为4价，可被某些强还原剂还原，如与赤热的碳作用还原成CO，CO2与活泼金属作用被还原成碳： CO2C2CO CO22Mg2MgOC 绿色植物的光合作用，把CO2和H2O合成碳水化合物 1（六）H2S物化性质硫化氢分子结构燃点：260，饱和蒸气压：2026.5kPa/25.5，溶解性：溶于水（溶解比例1:2.6）、乙醇、二硫化碳、甘油、汽油、煤油等1。临界温度：100.4，临界压力：9.01MPa。1危险标记：2.1类易燃气体，2.3类毒性气体，有剧毒。颜色与气味2：硫化氢是无色、剧毒、酸性气体。有一种特殊的臭鸡蛋味，即使是低浓度的硫化氢，也会损伤人的嗅觉。浓度高时反而没有气味（因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经）。用鼻子作为检测这种气体的手段是致命的。其相对密度为1.189（15，0.10133MPa）。它存在于地势低的地方，如地坑、地下室里。如果发现处在被告知有硫化氢存在的地方，那么就应立刻采取自我保护措施。只要有可能，都要在上风向、地势较高的地方工作。2爆炸极限：与空气或氧气以适当的比例（4.3%46%）混合就会爆炸。因此含有硫化氢气体存在的作业现场应配备硫化氢监测仪。2可燃性：完全干燥的硫化氢在室温下不与空气中的氧气发生反应，但点火时能在空气中燃烧，钻井、井下作业放喷时燃烧，燃烧率仅为86%左右。硫化氢燃烧时产生蓝色火焰，并产生有毒的二氧化硫气体，二氧化硫气体会损伤人的眼睛和肺。在空气充足时，生成SO2和H2O。2若空气不足或温度较低时，则生成游离态的S和H2O。2除了在氧气或空气中，硫化氢也能在氯气和氟气中燃烧。可溶性硫化氢气体能溶于水、乙醇及甘油中，化学性质不稳定。硫化氢可微溶于水，形成弱酸，称为“氢硫酸”。其水溶液包含了氢硫酸根HS（在摄氏18度、浓度为0.01-0.1摩/升的溶液里，pKa= 6.9）和离子硫S（pKa= 11.96）。一开始清澈的氢硫酸置放一段时间后会变得混浊，这是因为氢硫酸会和溶解在水中的氧起缓慢的反应，产生不溶于水的单质硫。硫化氢是一种二元弱酸。在20时1体积水能溶解2.6体积的硫化氢，生成的水溶液称为氢硫酸，浓度为0.1mol/L2。硫化氢在水中的第二级电离程度相当低，以至于硫化钠水溶液的碱性仅比等浓度的氢氧化钠略低一些，可以充当强碱使用：硫化氢在溶液中存在如下平衡：氢硫酸比硫化氢气体具有更强的还原性，易被空气氧化而析出硫，使溶液变混浊。在酸性溶液中，硫化氢能使Fe3+还原为Fe2+，Br2还原为Br，I2还原为I还原为Mn2+，还原为Cr3+，HNO3还原为NO2，而它本身通常被氧化为单质硫。2H2S也能还原溶液中的铜离子（Cu2+）、亚硒酸（H2SeO3）、四价钋离子（Po4+）等，如：硫化氢气体可以和金属产生沉淀，通常运用沉淀性被除去，一般的实验室中除去硫化氢气体，采用的方法是将硫化氢气体通入硫酸铜溶液中，形成不溶解于一般强酸（非氧化性酸）的硫化铜：但硫化氢与硫酸铁反应时，若硫化氢量少，只能生成单质硫，因为Fe3+与S2会发生氧化还原反应：注意：硫化氢的硫是2价，处于最低价。但氢是+1价，能下降到0价，所以仍有氧化性，如：硫化氢能发生归中反应：其中硫化氢是还原剂，二氧化硫是氧化剂，硫是氧化产物。（七）H2物理特性：在通常情况下，氢气是一种无色、无味、无嗅的气体。比空气轻，难溶于水，也难液化。具有最大的扩散速度和导热性，它的导热率比空气大7倍。氢气在水中的溶解度很小。而在镍、钯、钼中的溶解度很大。一体积的钯能溶解几百体积的氢。氢的渗透性很强，在常温下，可透过橡皮和乳胶管，高温下可透过钯、镍、钢等金属薄膜。化学特性：氢在常温下性质稳定，在点燃或加热条件下，能跟许多物质发生反应。1氢气可燃性氢气在空气里燃烧，实质上与空气中的氧气发生反应，生成水，这一反应过程中有大量热放出。是相同条件下，汽油的3倍。因此可用作高能燃料。不纯的氢气点燃时会发生爆炸。爆炸极限是：当空气中所含氢气的体积占混合体积的4%74.2%时，点燃都会产生爆炸。当氢气的纯度达到74.2%以上时，点燃只会发生燃烧，不会发生爆炸。2、氢气还原性氢气可以与氧化物发生反应，夺取氧化物中的氧。进行还原反应。因此氢气是还原剂具有还原性。（八）O2物理特性：在通常状况下，氧气是一种没有颜色、没有气味的气体。在标准状况下，氧气的密度是1.429g/L，比空气略大（空气的密度是1.293g/L）。它不易溶于水，1L升水中只能溶解约30mL氧气。液化温度为-183摄氏度，液化后为淡蓝色液体，凝固后为雪花状淡蓝色固体。 在压强为101kPa时，氧气在约-183（90K）时变为淡蓝色液体，在约-218（55K）时变成雪花状的淡蓝色固体。 工业上使用的氧气，一般是加压贮存在钢瓶中。 标准状况指的是温度为0和压强为101.325kPa时的情况。 准确值应为101.325kPa，在本书中采用101kPa这个近似值化学特性：氧可以与除了稀有气体以外的所有其它元素直接化合。然而，在这些情况下氧的反应性有很大的差别。一些元素-碱金属或碱土金属可以自燃。大多数元素在常温下不容易被氧化。碳必须加热才会着火。贵金属只有在非常高的温度下才会被氧化。借助石油燃料、煤和天然气的燃烧，可以产生热能、光能和电能。这些物质在温度低于1120(2050)的过量空气中燃烧时，生成的产品是二氧化碳、水、氮和未反应的氧在温度高于1650(3000)和所用的氧少于所需要的量时，还会生成氢和一氧化碳。在较低温度下，氧也可以与有机化合物反应，如由苯制酚，由萘生产苯酐，由烷烃制取各种醇、醛、酸和酮。氧在受到静电放电时能够转变为臭氧，但产率很低。（九）N2物理性质：单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25gdm-3，熔点63K,沸点75K，临界温度为126K，它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2。氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。通常市场上供应的氮气都盛于黑色气体瓶中保存。化学性质氮气分子的分子轨道式为 ,对成键有贡献的是 三对电子，即形成两个键和一个键。 对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。由于N2分子中存在叁键NN，所以N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的。（十）CH4甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分，化学符号为CH甲烷为无色、无臭、易燃气体。分子量16.04，沸点-161.49,蒸气密度0.55g/L,饱和空气浓度100%,爆炸极限4.9%16%,水中溶解度极小为0.0024g%(20)。 甲烷具有极大的化学稳定性，不与酸、碱、氧化剂、还原剂起作用。但甲烷中的氢原子可被卤素取代而生成卤代烷烃。二、化工厂常用单位换算DN|英寸|公称外径之间的关系见下表：俗称英寸in.DN公称外径mm4分1/215206分3/420251寸125321寸211/432401寸半11/240502寸250632寸半21/265753寸380904寸41001105寸51251406寸6150160长度单位1英寸（in）=2.54厘米（cm） 1公分=1厘米=10毫米1微米（m）=110-6米（m） 1纳米（nm）=110-9米（m）微米、毫米、米是以1000为单位进制的。质量1千克（kg）=2.205磅（lb） 1磅（lb）=0.454千克（kg）密度1千克/米3（kg/m3）=0.001克/厘米3（g/cm3）=0.0624磅/英尺3（lb/ft3）体积换算1立方米（m3）=1000升（L） 1升（L）=1000毫升（mL）压力换算1兆帕（MPa）=145磅/英寸2（psi）=10.2千克/厘米2（kg/cm2）=10巴（bar）=9.8大气压（atm）技巧：psi这个单位的数值乘以0.007就是MPa数温度K=+273.15热功1卡（cal）=4.1868焦耳（J） 1英制单位（Btu）=1055.06焦耳（J）1千瓦小时（kWh）=3.6106焦耳（J）功率1马力（HP）=0.746千瓦（kW） 1PH=0.735kW功是所需能量的多少，功率是做功的快慢，要把单位的物理意义理解才能记住什么时候用焦耳什么时候用瓦特。ppm 百万分之一 10-6 ppb 十亿分之一 10-9ppt 万亿分之一 10-12ppm含义：表达溶液浓度时，1ppm即为1ug/ml，表达固体中成分含量时，1ppm即为1ug/g、1g/t。即两个单位的比值为10-6。含油量0.008ppm即表示每克含油量小于等于0.008微克，或者每千克含油量小于等于0.008毫克。ppm不能说是单位，就像%一样，不是单位。是一个无量纲的量。13