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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
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