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二氧化碳的用途

发布时间:2017-09-28作者:点击:292字号:

  二氧化碳的物理性质:无色、无臭、无味的气体。化学式CO2,地球大气层重要组分之一。密度1.977克/厘米3,二氧化碳能溶于水。二氧化碳气体容易液化,液态二氧化碳可以贮存在高压钢瓶内。当液态二氧化碳蒸发时,会吸收大量的热,使温度迅速降低,这样又会使一部分二氧化碳气体冷凝成雪花状固体,这种固体可从周围吸收热量,直接变成气体(升华),因此把它叫做干冰。大气中二氧化碳的含量为0.03%;海洋中为0.014%。它们来源于:①有机体腐烂过程。②人和动物呼出二氧化碳。③煤、石油、天然气等的燃烧。
  二氧化碳的化学性质不活泼,只在高温下能与镁等金属反应(生成氧化镁和碳),也与红热的炭发生反应(生成一氧化碳);二氧化碳气体溶于水生成碳酸(使紫色石蕊变成红色),是一种二元弱酸(不稳定,遇热或强酸容易分解成二氧化碳和水)。最常用的检验二氧化碳气体的方法是让它通入澄清的石灰水,即有白色沉淀(碳酸钙)产生: Ca(OH)2+CO2 =CaCO3↓+H2O  继续通入二氧化碳,碳酸钙沉淀转变为可溶性的碳酸氢钙,溶液又变为澄清:
  CaCO3+CO2+H2O =Ca(HCO3)2
  二氧化碳本身无毒,但在空气中含量达到3%时,人体会感到呼吸急促,达到10%时,就会丧失知觉、呼吸停止而死亡。
  随着工业高度发展,大气中的二氧化碳含量日益增高,它能够吸收地面放出的红外辐射,在地球周围形成绝热层,阻止热量向外层空间扩散,使平均气温上升,此即二氧化碳的温室效应。
  工业上用的二氧化碳大多是石灰窑 、水泥厂、酿酒厂(发酸过程)的副产物,天然气井和煤气厂也有大量二氧化碳。主要用于制造碳酸钠,及生产充碳酸气的饮料。用干冰冷冻水果或肉类,不但温度低,而且无污染。二氧化碳又是有效的灭火剂,用于不能用水来扑灭的火灾,如油、电、金属钠引起的火灾。液态二氧化碳已成为高效无污染的萃取剂,所用的工艺称为超临界萃取,多用于食品等工业。
  “干冰”的故事:
  在美国南部的得克萨斯州,一个钻探队曾遇到了一件怪事:当他们用钻探机往地下打孔勘探油矿时,突然有一股强大的气流从管口喷出,立刻在管口形成一大堆雪花似的”冰”。好奇的勘探队员,像孩子般高兴地用这些“冰”滚起雪球来了。这下可不得了啦!许多队员的手被冻伤,过不了多久,许多人皮肤开始发黑、溃烂,这究竟是怎么一回事呢?
  原来,那雪花似的“冰”不是由水而是由二氧化碳凝结而成的。这种固体二氧化碳在常温下融化时,能直接气化为二氧化碳气体,所以很快就销声匿迹,而周围仍旧干干的,不像冰融化后会留下水迹,因而又名“干冰”。论外貌,干冰和普通的冰确实很相像,只是干冰的温度要比普通冰更低(一78.5°C)。在这样低的温度下,难怪钻探队员的手会冻坏。
  干冰的用途可多呢!可以用作强致冷剂;用干冰冷藏鱼、肉之类食品时,运输途中不会弄得到处湿漉漉的;食物在地窖中用干冰冷藏,可以存放更长时间。
  更奇妙的是,在许多影片和电视剧中那些云雾燎绕的景象也是干冰的功劳呢!因为干冰在空气中气化形成大量二氧化碳气体,呈现在观众面前的就是一片”白茫茫”的景象。
  此外,干冰还是人工造雨的能手呢!人工降雨是用人为的方法,增加云中的冰晶或使云中的冰晶和水滴增大而形成降水。目前人工降雨是一种用飞机把冷却剂(干冰或其他化学药剂)撒播到云中,使云内温度显著下降,使细小的水滴冰晶迅速增多加大,迫使它下降形成降水;
  二氧化碳是植物的重要营养物质。每一片叶子中的叶绿素在日光照射下都能完成一个很奇妙的变化,把叶子吸收的二氧化和根部输送来的水分转变为糖、淀粉以及98网,光合作用:6CO2+6H2O =C6H12O6+6O2其中C6H12O6就是葡萄糖,再经转化就生成淀粉等。在这个过程中,日光中的能量被吸收了,变成储存在淀粉中的能量,成为地球上生命活动的能源。
  二氧化碳与油漆,通常我们的油漆,都是具有挥发性的有机溶剂。涂上油漆后,溶剂就挥发出来,挥发的时间较长,而且还给环境造成污染,污染物中有许多有毒气体和致癌物。美国一家公司研制出一种用二氧化碳做溶剂的油漆,克服了常用尤其给人带来的危害。二氧化碳是气体,不能做溶剂。他们采用的办法是:在一定温度下增大压力,使二氧化碳处于气态与液态相互转变的一种状态。这样,就可做溶剂使油漆溶解。所用二氧化碳是合成氨厂、炼油厂的副产品,并不需要制取。使用二氧化碳喷漆,干得快,光泽好,不会产生有毒污染。
  一般条件下,二氧化碳不支持燃烧且比空气重,将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面,可使物体跟空气隔绝而停止燃烧,因此二氧化碳可用灭火,是常用的灭火剂。
  在化学工业上,二氧化碳是一种重要的原料,大量用于生产纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)、尿素[CO(NH2)2]、碳酸氢铵(NH4HCO3)、颜料铅白[Pb(OH)2·2PbCO3]等。在轻工业上,生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。
  在现代化仓库里常充入二氧化碳,防止粮食虫蛀和蔬菜腐烂,延长保存期。固态的二氧化碳即“干冰”,主要用作致冷剂,用飞机在高空喷撒“干冰”,可以使空气中水蒸气冷凝,形成人工降雨;在实验室里,“干冰”与乙醚等易挥发液体混合,可以提供-77℃C左右的低温浴。“干冰”还可以做食品速冻保鲜剂。在农业上,温室里直接施用二氧化碳作肥料,利用植物根部吸收二氧化碳,可以增进植物的光合作用。促进农作物生长,增加产量。在自然界,二氧化碳保证了绿色植物进行光合作用和海洋中浮游植物呼吸的需要。
  除课本里提及的二氧化碳的各种用途外,尚有下列一些用途。
  1.人体呼吸的有效刺激因素,它通过对人体外化学感受器的刺激,兴奋呼吸中抠。如果一个人长时间吸入纯氧,体内二氧化碳浓度过低,可导致呼吸停止。因此,临床上把5%二氧化碳与95%98网的混合气体、应用于一氧化碳中毒、溺水、休克、碱中毒的治疗和麻醉上的应用。液态二氧化碳低温手术的用途也较广泛。
  2.贮藏粮食、水果、蔬菜。用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用,可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长,避免变质和有害健康的过氧化物产生,并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分。二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。用二氧化碳通入大米仓库24h,能使99%的虫子死亡。
  3.作为萃取剂。国外普遍利用二氧化碳进行食品、饮料。油料、香料、药物等加工萃取。
  4.用二氧化碳与氢气做原料,可生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料。
  5、作为油田注入剂。可有效地驱油和提高石油的采油率。
  6.注入地下难于开采的煤层,使煤层气化,获得化工所需的合成气体和居间物。
  7.保护电弧焊接,既可避免金属表而氧化,又可使焊接速度提高大约9倍。
  有的科学家认为,大气中二氧化碳加倍,将使粮食平均增产超过30%,棉花增长80%以上,小麦和水稻一类作物增产36%。
  8.在烹饪中用发酵粉或苏打的日的是为付了产生微小的二氧化碳气泡。这些气泡使面包、糕点或发面膨胀,吃起来松软适口。在制造面包时使用酵母,其作用与此相同,只是时间长些而已。发酵粉(或碳酸氢钠)与一种酸(如从酸牛奶产生的乳酸)作用而产生二氧化碳。市售“发酵粉”中常含有固态酸,在潮湿时,它与碳酸氢钠发生作用,也产生二氧化碳。

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