氧氣的化學性質,不落入消極情緒

2023-03-30 13:30:17

氧（Oxygen）是一種化學元素，位於元素周期表第二周期ⅥA族，由英國化學家約瑟夫·普利斯特裡與瑞典藥劑師及化學家舍勒於1774年別離發現，元素符號是O。

它是地殼中最豐富、散布最廣的元素，也是構成生物界與非生物界最重要的元素，在地殼的含量為48.6%。單質氧在大氣中佔20.9%。

關係表

中文名

氧

元素類型

非金屬

危險性描繪

R8：遇到易燃物會導致起火

安全性描繪

氧無毒、曝露在高濃度中，對肺和中樞神經有不良影響。

英文名

Oxygen

閃點

421.9°C

原子序數

8

危險品運輸編號

UN1014/1072

危險性符號

O:氧化劑

別稱

氧氣

應用

氣焊，醫療用氧

外觀

無色、無味、無臭、無毒、無味氣體

展開

目

錄

1元素介紹

2發現前史

3元素散布

4理化性質

物理性質

化學性質

5製取辦法

試驗室製法

工業製法

6存在方式

單質

化合物

特殊

7氧中毒

肺型氧中毒

1元素介紹修改

氧（Oxygen）是一種化學元素，其原子序數為8，相對原子質量為16.00。在元素周期表中，氧是氧族元素的一員，它也是一個高反響性的第2周期非金屬元素，很容易與簡直一切其它元素構成化合物（首要為氧化物）。在標準狀況下，兩個氧原子結合構成氧氣，是一種無色無臭無味的雙原子氣體，化學式為O2。如果按質量計算，氧在世界中的含量僅次於氫和氦，在地殼中，氧則是含量最豐富的元素。氧不僅佔了水質量的89%，也佔了空氣體積的20.9%。

構成有機體的一切首要化合物都含有氧，包括蛋白質、碳水化合物和脂肪。構成動物殼、牙齒及骨骼的首要無機化合物也含有氧。由藍藻、藻類和植物通過光合作用所發生的氧氣化學式為O2，簡直一切複雜生物的細胞呼吸作用都需求用到氧氣。動物中，除了很少量之外，皆無法終身脫離氧氣生存。可是關於厭氧性生物比如破傷風桿菌來說，氧氣是有毒的。這類厭氧型生物曾經是前期地球上的首要生物，直到25億年前氧氣開始在大氣層中逐步積累。氧元素的另一個同素異形體是臭氧。在高海拔構成的臭氧層能夠隔離來自太陽的紫外線輻射。可是挨近地表的臭氧則是一種汙染，這些臭氧首要存在於光化學煙霧中。

2發現前史修改

氧元素是由英國化學家約瑟夫·普利斯特裡與瑞典藥劑師及化學家舍勒於1774年別離發現。可是普利斯特裡卻支撐燃素學說。另有說法以為氧氣首要由中國人馬和首要發現。

1777年，法國化學家拉瓦錫提出焚燒的氧化學說，指出物質只能在含氧的空氣中進行焚燒，焚燒物分量的添加與空氣中失去的氧持平，然後推翻了全部的燃素說，並正式確立質量守恆定律。從嚴厲意義上講，發現氧元素的為瑞典化學家舍勒，而確定氧元素化學性質的為法國化學家拉瓦錫。

在1608年，Cornelius Drebbel證明了加熱硝石（硝酸鉀，KNO₃）能釋放氣體。這便是氧氣，但是並沒有對它進行鑑定。

因發現氧而取得的榮譽由3位化學家分享：一個英國人，一個瑞典人，還有一個法國人。約瑟夫·普裡斯特利是第一位發布氧元素聲明的人，在1774年由聚焦陽光到氧化汞（HgO），然後收集釋放出的氣體完成。他留意到蠟燭在這兒焚燒的更亮堂了，而且能使呼吸變得更簡略。普裡斯特利不知道的是，卡爾·威爾海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1771年6月就製取了氧。他寫下了他的發現闡明，但直到1777年才發布。拉瓦錫也宣稱發現了氧，而且他提議這種新的氣體叫做oxy-gène，意思是構成酸的，由於他以為這種元素是一切酸性物質的根底。

2018年5月16日，大阪工業大學、日本國立天文臺及名古屋大學等組成的團隊宣布，運用南美智利的ALMA射電望遠鏡發現距地球132.8億光年的獅子座方向銀河中存在氧。

3元素散布修改

氧元素佔整個地殼質量的48.6%，是地殼中含量最多的元素，它在地殼中基本上是以氧化合物的方式存在的。每一千克的海水中溶解有2.8毫克的氧氣，而海水中的氧元素差不多到達了89%。就整個地球而言，氧的質量分數為15.2%。無論是人、動物仍是植物，他們的細胞都有相似的組成，其間氧元素佔到65%的質量。在空氣中，氧的體積佔20.9%。

4理化性質修改

物理性質

基本信息

氧（Oxygen）是一種化學元素，其原子序數為8，相對原子質量為15.9994。由符號「O」表示。在元素周期表中，氧是氧族元素的一員，它也是一個高反響性的第2周期非金屬元素，很容易與簡直一切其它元素構成化合物（首要為氧化物）。在標準狀況下，兩個氧原子結合構成氧氣，是一種無色無臭無味的雙原子氣體，化學式為O2。如果按質量計算，氧在世界中的含量僅次於氫和氦，在地殼中，氧則是含量最豐富的元素。氧不僅佔了水質量的89%，也佔了空氣體積的20.9%。

同位素

氧的同位素已知的有十七種，包括氧-12至氧-28，其間氧-16、氧-17和氧-18三種歸於安穩型，其他已知的同位素都帶有放射性，其半衰期全部均少於三分鐘。運用醫用回旋加速器發生的質子，轟擊重氧水之中的氧-18，通過(p,n)核反響，然後取得能夠發射正電子的放射性同位素氟-18離子，用於組成正電子發射計算機斷層掃描查看所需的示蹤劑氟代脫氧葡萄糖。

符號 質子 中子 質量(u) 半衰期 原子核自旋 相對豐度 相對豐度改變量

12O 8 4 12.034405(20) 580(30)E-24 s [0.40(25) MeV] 0+

13O 8 5 13.024812(10) 8.58(5) ms (3/2-)

14O 8 6 14.00859625(12) 70.598(18) s 0+

15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) s 1/2-

16O 8 8 15.9949146 1956(16) 安穩 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776

17O 8 9 16.99913170(12) 安穩 5/2+ 0.00038(1) 0.00037-0.00040

18O 8 10 17.9991610(7) 安穩 0+ 0.00205(14) 0.00188-0.00222

19O 8 11 19.003580(3) 26.464(9) s 5/2+

20O 8 12 20.0040767(12) 13.51(5) s 0+

21O 8 13 21.008656(13) 3.42(10) s (1/2,3/2,5/2)+

22O 8 14 22.00997(6) 2.25(15) s 0+

23O 8 15 23.01569(13) 82(37) ms 1/2+#

24O 8 16 24.02047(25) 65(5) ms 0+

25O 8 17 25.02946(28)# <50 ns (3/2+)#

26O 8 18 26.03834(28)# <40 ns 0+

27O 8 19 27.04826(54)# <260 ns 3/2+#

28O 8 20 28.05781(64)# <100 ns 0+

補白:畫上#號的數據代表沒有通過試驗的證明，僅僅理論估測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

化學性質

氧的非金屬性和電負性僅次於氟，除了氦、氖、氬、氪，一切元素都能與氧起反響。一般而言，絕大多數非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而鹼金屬或鹼土金屬氧化物則為鹼性。此外，大多數有機化合物，可在氧氣中焚燒生成二氧化碳與水蒸氣，如酒精，甲烷。部分有機物不行燃，但也能和氧氣等氧化劑發生氧化反響。

氧的化合價：氧的化合價很特殊一般為-2價和0價。而氧在過氧化物中一般為-1價。在超氧化物中為-1/2，臭氧化物中氧為-1/3，這兒的化合價被稱為表觀化合價，便是外表上看出來的化合價沒有實踐的意義，超氧化物中氧的化合價只能說是超氧根離子，不能單獨的看每個原子，由於電子是量子化的，即不連續的，不存在1/2個電子，天然化合價也就沒有0.5的說法，臭氧化物也一樣，在過氧根中適當於是有兩個電子組成了電子對，所以這兩個電子不表現出化合價，所以過氧根離子整體呈-2價。而氧的正價很少呈現，只要在和氟的化合物二氟化氧，二氟化二氧和氟鉑酸氧（O₂PtF₆)中顯示+2價和+1價以及+0.5價，在中學化學中只要記住氧沒有最高正價。

試驗證明，除黃金外的一切金屬都能和氧發生反響生成金屬氧化物，比如鉑在高溫下在純氧中被氧化生成二氧化鉑，黃金一般以為不能和氧發生反響，可是有三氧化二金和氫氧化金等化合物，其間金為+3價；氧氣不能和氯，溴，碘發生反響，可是臭氧能夠氧化它們。

在元素周期表中歸於ⅥA族元素，化合價一般為0和-2。大多數元素在含氧的氣氛中加熱時可生成氧化物。有許多元素可構成一種以上的氧化物。氧分子在低溫下可構成水合晶體O₂·H₂O和O₂·H₂O₂，後者較不安穩。氧氣在水中的溶解度是4.89毫升/100毫升水（0℃），是水中生命體的根底。氧在地殼中豐度佔第一位。枯燥空氣中含有20.946%體積的氧；水有88.81%分量的氧組成。除了O16外，還有O17和O18等同位素。常見氧化態有-Ⅰ,-Ⅱ,0。共價半徑66pm，第一電離勢1314kJ/mol，電負性3.44。

與金屬的反響

化學方程式 現象

與鉀的反響 4K+O2=2K2O 鉀的外表變暗

2K+O2=K2O2

K+O2=KO2（超氧化鉀）

2K+3O2=2KO3（臭氧化鉀）

與鈉的反響 4Na+O2=2Na2O 鈉的外表變暗

2Na+O2=Na2O2 發生黃色火焰，放出很多的熱，生成淡黃色粉末

與鎂的反響 2Mg+O2=點著=2MgO 劇烈焚燒宣布耀眼的強光，放出很多熱，生成白色粉末狀固體。

與鋁的反響 4Al+3O2=點著=2Al2O3 宣布亮堂的光，放出熱量，生成白色固體。

與鐵的反響 （鐵鏽的構成）

3Fe+2O2=點著=Fe3O4 紅熱的鐵絲劇烈焚燒，火星四射，放出很多熱，生成黑色固體。

與鋅的反響 2Zn+O2=點著=2ZnO

與銅的反響 2Cu+O2=加熱=2CuO 加熱後亮赤色的銅絲外表生成一層黑色物質。

與汞的反響 2Hg+O2=加熱=2HgO 加熱後銀白色液體變成赤色固體

與非金屬的反響

化學方程式 現象

與氫氣的反響 2H2+O2=點著=2H2O 安靜地焚燒，發生淡藍色的火焰，生成水並放出很多的熱。[8]

與碳的反響 C+O2=點著=CO2 劇烈焚燒，宣布白光，放出熱量，生成使弄清石灰水變汙濁的氣體。[9]

2C+O2=點著=2CO （氧氣不充足時）

與硫的反響 S+O2=點著=SO2 在空氣中焚燒，宣布微弱的淡藍色火焰；在純氧中焚燒得更旺，宣布藍紫色火焰，放出熱量，生成有刺激性氣味的氣體[10]。該氣體能使弄清石灰水變汙濁，且能使酸性高錳酸鉀溶液或品紅溶液褪色，褪色的品紅溶液加熱後顏色又恢復為赤色。

與紅磷的反響 4P+5O2=點著=2P2O5 宣布耀眼白光，放熱，生成很多白煙。

與白磷的反響 P4+5O2=點著=2P2O5 白磷在高於44攝氏度時會在氧氣中自燃，發光發熱，生成白煙。

與氮氣的反響 N2+O2=高溫或放電=2NO

與有機物的反響

如甲烷、乙炔、酒精、石蠟等能在氧氣中焚燒生成水和二氧化碳。氣態烴類的焚燒一般宣布亮堂的藍色火焰，放出很多的熱，生成水和能使弄清石灰水變汙濁的氣體。

甲烷 CH4+2O2=點著=CO2+2H2O

乙烯 C2H4+3O2=點著=2CO2+2H2O

乙炔 2C2H2+5O2=點著=4CO2+2H2O

苯 2C6H6+15O2=點著=12CO2+6H2O 在空氣中焚燒時，火焰亮堂並有濃黑煙。

甲醇 2CH3OH+3O2=點著=2CO2+4H2O

乙醇 CH3CH2OH+3O2=點著=2CO2+3H2O

甲醛 HCHO+O2=點著=CO2+H2O

乙酸 CH3COOH+2O2=點著=2CO2+2H2O

碳氫氧化合物與氧氣發生焚燒的通式 4CxHyOz+（4x+y-2z）O2=點著=4xCO2+2yH2O（通式完成後應留意化簡！下同）

烴的焚燒通式 4CxHy+（4x+y）O2=點著=4xCO2+2yH2O

乙醇被氧氣氧化 此反響包括兩個步驟：

氯仿與氧氣的反響 2CHCl3+O2=2COCl2（光氣）+2HCl

其它有氧氣參與的化學反響

硫化氫的焚燒 2H2S+3O2（過量）=點著=2H2O+2SO2[11]2H2S+O2（少量）=點著=2H2O+2S[11]

煅燒黃鐵礦 4FeS2+11O2=高溫=2Fe2O3+8SO2

二氧化硫的催化氧化 2SO2+O2←催化劑，△→2SO3

空氣中硫酸酸雨的構成 2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

氨在純氧中的焚燒 4NH3+3O2（純）=點著=2N2+6H2O

氨的催化氧化 4NH3+5O2=加熱，催化劑=4NO+6H2O（催化劑一般用銅）

一氧化氮與氧氣的反響 2NO+O2=2NO2

轉化為臭氧的反響 3O2=放電=2O3（該反響為可逆反響）

5製取辦法修改

試驗室製法

1．加熱高錳酸鉀或錳酸鉀：

2．二氧化錳與氯酸鉀共熱：

過氧化氫分化制氧氣

過氧化氫分化制氧氣

（製得的氧氣中含有少量Cl2、O3和微量ClO2；部分教材已經刪掉；該反響實踐上是放熱反響，而不是吸熱反響，發生上述1mol反響，放熱108kJ）。

3．過氧化氫溶液催化分化（催化劑首要為二氧化錳，三氧化二鐵、氧化銅也可）：

工業製法

1、別離液態空氣法

在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態，然後蒸騰，由於液態氮的沸點是‐196℃，比液態氧的沸點（‐183℃）低，因此氮氣首要從液態空氣中蒸宣布來，剩餘的首要是液態氧。

空氣中的首要成分是氧氣和氮氣。運用氧氣和氮氣的沸點不同，從空氣中製備氧氣稱空氣別離法。首要把空氣預冷、淨化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質）、然後進行緊縮、冷卻，使之成為液態空氣。然後，運用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把液態空氣屢次蒸騰和冷凝，將氧氣和氮氣別離開來，得到純氧（能夠到達99.6%的純度）和純氮（能夠到達99.9%的純度）。如果添加一些附加設備，還能夠提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量很少的稀有惰性氣體。由空氣別離設備產出的氧氣，通過緊縮機的緊縮，最後將緊縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間運用。運用這種辦法出產氧氣，雖然需求大型的成套設備和嚴厲的安全操作技能，可是產值高，每小時能夠產出數千、萬立方米的氧氣，而且所耗用的質料僅僅是不必買、不必運、不必倉庫貯存的空氣，所以從1903年研製出第一臺深冷空分制氧機以來，這種制氧辦法一直得到最廣泛的應用。

2、膜別離技能

膜別離技能得到迅速發展。運用這種技能，在必定壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功用的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。運用這種膜進行多級別離，能夠得到百分之九十以上氧氣的富氧空氣。

3、分子篩制氧法（吸附法）

運用氮分子大於氧分子的特性，運用特製的分子篩把空氣中的氧別離出來。首要，用緊縮機迫使枯燥的空氣通過分子篩進入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩所吸附，氧氣進入吸附器內，當吸附器內氧氣到達必定量（壓力到達必定程度）時，即可打開出氧閥門放出氧氣。通過一段時刻，分子篩吸附的氮逐步增多，吸附才能削弱，產出的氧氣純度下降，需求用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然後重複上述進程。這種製取氧的辦法亦稱吸附法.運用吸附法制氧的小型制氧機已經開宣布來，便於家庭運用。

4、電解制氧法

把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以進步水的電解度，然後通入直流電，水就分化為氧氣和氫氣。每製取一立方米氧氣，一起取得兩立方米氫氣。用電解法製取一立方米氧氣要耗電12～15千瓦小時，與上述兩種辦法的耗電量（0.55～0.60千瓦小時）相比，是很不經濟的。所以，電解法不適用於很多制氧。別的一起發生的氫氣如果沒有妥善的辦法收集，在空氣中集合起來，如與氧氣混合，容易發生極端劇烈的爆破。所以，電解法也不適用於家庭制氧。

有氧氣生成的化學反響

電解硫酸銅溶液 2CuSO4+2H2O=通電=2Cu↓+2H2SO4+O2↑

電解水 2H2O=通電=2H2↑+O2↑

光合作用總反響式 6CO2+6H2O—光，葉綠素→C6H12O6+6O2↑

電解硝酸銀溶液 4AgNO3+2H2O =通電=4Ag↓+4HNO3+O2↑

氟氣與水的反響 2F2+2H2O=O2+4HF

電解熔融氧化鋁 2Al2O3=通電=4Al+3O2↑

氧化銅高溫分化 4CuO=高溫=2Cu2O+O2↑

加熱氧化汞 2HgO=△=2Hg+O2↑

過氧化氫分化 2H2O2=2H2O+O2↑

硝酸的見光分化 4HNO3(濃) =光照= 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O

次氯酸見光分化 2HClO=光照=2HCl+O2↑

臭氧的分化 2O3=3O2

過氧化氫和氯氣的反響 H2O2+Cl2=2HCl+O2↑(此處首要生成的首要是單線態氧，然後再聚組成鍵成氧氣）

6存在方式修改

單質

氧氣

氧氣，空氣首要組分之一，比空氣重，標準狀況（0℃，101325帕）下密度為1.429克/升。無色、無味。在水中溶解度很小，273k時溶解度為49.1mol/L。壓強為101kPa時，氧氣在約-183攝氏度時變為淡藍色液體，在約-218攝氏度時變成雪花狀的淡藍色固體。氧分子具有順磁性。[1]

臭氧

在常溫下，它是一種有魚腥臭味的藍色氣體。臭氧首要存在於距地球外表20～35公裡的平流層頂部部的臭氧層中。在常溫常壓下，安穩性極差，在常溫下可自行分化為氧氣。臭氧具有激烈的刺激性，吸入過量對人體健康有必定損害。熔點21K，沸點160.6K，溶解度較大，273k時為494mol/L。具有反磁性。[1]

化合物

氧化物

之前說到的簡直一切元素都能與氧氣反響，得到的化合物中只要氧元素和另一種元素的二元化合物是氧化物，如水，CO2。氧化物有多種多樣，首要分為：酸性氧化物，鹼性氧化物，兩性氧化物，不成鹽氧化物和假氧化物。別的還有一些只含有氧元素的基團也能構成氧化物，分為：過氧化物，超氧化物，臭氧化物等。[1]

含氧化合物

含氧化合物泛指一切含有氧元素的化合物，比氧化物範圍大，關於組成物質的元素種類無要求。[1]

特殊

四聚氧（O4）

這種氧分子能夠安穩存在，預計構型為正四面體或許矩形，從兩種構型中性分子O4，正一價分子O4+和負一價分子O₄-的基態電子結構，並根據能量最低原則確定了各自的結構參數，然後得到了O4分子2種結構的基態總能量、一價電離能及電子親合勢能。與氧原子、一般氧分子O₂和臭氧分子O₃的計算結果比較，顯示O₄分子能夠以正方形結構或正四面體結構方式存在，其間正方形結構更有可能是O4分子的真實空間結構。[1]

紅氧（O8）

跟著室溫下氧氣的壓強超過10GPa，它將出其不意地相變為另一個同素異形體。它的體積驟減，顏色也從藍變成深紅。這種ε相發現於1979年，但其時它的結構並不清楚。基於它的紅外線吸收光譜，1999年，研究人員推斷此相態是O4分子的晶體。但在2006年，X射線晶體學表明這個被稱作ε氧或紅氧的安穩相態實為O8。此結構在理論上不曾被猜測：由四個O2分子組成的菱形的O8原子簇。[1]

7氧中毒修改

氧雖對身體有利，但並非越多越好，氧氣含量過高時也會發生氧中毒，[2]氧中毒首要分以下三種類型：

肺型氧中毒

相似支氣管肺炎。其表現及一般的發展進程為：開始為相似上呼吸道感染引起的氣管刺激症狀，如胸骨後不適（刺激或炙烤感）伴輕度乾咳，並緩慢加重；然後呈現胸骨後疼痛，且疼痛逐步沿支氣管樹向整個胸部延伸，吸氣時為甚；疼痛逐步加劇，呈現不行控制的咳嗽；歇息時也伴有呼吸困難。在症狀呈現的前期階段完畢暴露，胸疼和咳嗽可在數小時內減輕。

腦型氧中毒

開始呈現額、眼、鼻、口唇及臉頰肌肉的纖維性顫抖，也可累及手的小肌肉；面色蒼白、有異味感。繼而可有噁心、嘔吐、眩暈、汗、流涎、上腹部緊張；也可呈現視力損失、視野縮小、幻視、幻聽；還會有心動過緩、心悸、氣哽、指(趾)端發麻、情緒反常(憂慮、鬱悶、煩躁或欣悅)。接著呈現極度疲憊、嗜睡、呼吸困難等。少量狀況還可能發生虛脫。

眼型氧中毒

首要表現為視網膜萎縮。 早產嬰兒在恆溫箱內吸氧時刻過長，視網膜有廣泛的血管堵塞、成纖維組織滋潤、晶體後纖維增生，可因而致盲。[