1、氧元素的介绍【关键词】氧气【论文摘要】氧，OXYGEN ，源自 oxys 和 gen，意为“酸的形成” ，1774 年发现，是世界上分布最普遍的元素。地球上所有东西将近一半的成分是氧，空气百分之二十一的体积是氧，构成人体的约有三分之二是氧，这种气体为动物所吸收，却由植物还给大气，形成一种循环。氧，OXYGEN，源自 oxys和 gen，意为“酸的形成” ，1774 年发现，是世界上分布最普遍的元素。地球上所有东西将近一半的成分是氧，空气百分之二十一的体积是氧，构成人体的约有三分之二是氧，这种气体为动物所吸收，却由植物还给大气，形成一种循环。氧的发现简史氧气的发现经历过一段曲折的历史。18 世纪
2、初，德国化学家施塔尔(Stahl G E，16601734)等人提出“燃素理论” ，认为一切可以燃烧的物质由灰和“燃素”组成，物质燃烧后剩下来的是灰，而燃素本身变成了光和热，散逸到空间去了。这样一来，燃烧后物质的质量应当减轻，但人们发现，炼铁时燃烧过的铁块的质量不是减轻，而是增加了，锡、汞等燃烧后，也都比原先重。为什么燃素跑掉后，物质反而会增加呢？随着欧洲工业革命的发展，金属的冶炼和煅烧在生产实践中给化学提出了许多新问题，冲击着燃素理论。17711772 年间，瑞典化学家舍勒(Scheele K W，17421786)在加热红色的氧化汞、黑色的氧化锰、硝石等时制得了氧气，把燃着的蜡烛放在这个气
3、体中，火烧得更加明亮，他把这个气体称为“火空气” 。他还将磷、硫化钾等放置在密闭的玻璃罩内的水面上燃烧，经过一段时间后，钟罩内的水面上升了 1/5 高度，接着，舍勒把一支点燃的蜡烛放进剩余的“用过了的”空气里去，不一会儿，蜡烛熄灭了。他把不能支持蜡烛燃烧的空气称为“无效的空气” 。他认为空气是由这两种彼此不同的成分组成的。1774 年 8 月，英国科学家普利斯特里( Priestley J，1773 1804 )在用一个直径达一英尺的聚光透镜加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时得到了氧气，他发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈，他称这种气体为“脱去燃素的空气” 。舍勒和普利斯特里虽然先后独立地发现
4、了氧气，但由于他们墨守陈旧的燃素学说，使他们不知道自己找到了什么。1774 年，法国著名的化学家拉瓦锡(Lavoisier A L，17431794)正在研究磷、硫以及一些金属燃烧后质量会增加而空气减少的问题，大量的实验事实使他对燃素理论发生了极大怀疑，正在这时，10 月份普利斯特里来到巴黎，把他的实验情况告诉了拉瓦锡，拉瓦锡立刻意识到他的英国同事的实验的重要性。他马上重复了普利斯特里的实验，果真得到了一种支持燃烧的气体，他确定这种气体是一种新的元素。1775 年 4 月拉瓦锡向法国巴黎科学院提出报告金属在煅烧时与之相化合并增加其重量的物质的性质公布了氧的发现，他说这种气体几乎是同时被普利斯特
5、里、舍勒和他自己发现的。氧的发现不是一个人所做的。恩格斯在资本论第二卷序言中提到：“普利斯特里和舍勒已经找出了氧气，但不知道他们找到的是什么。他们不免为现有燃素范畴所束缚。这种本来可以推翻全部燃素观点并使化学发生革命的元素，没有在他们手中结下果实。不过普利斯特里不久就把他的发现告诉了巴黎的拉瓦锡；拉瓦锡依据这个新的事实研究了整个燃素化学，方才发现这种新的气体是一种新的化学元素。燃烧的时候，并不是什么神秘的燃素从燃烧体分离，而是这种新的元素和这种物体化合。因此，在燃素形式上倒立着的整个化学才正立起来。照拉瓦锡后来主张，他和其他两位学者是同时并且相互独立地发现氧气。虽然事实不是如此，但同其他两位比
6、较起来，他仍不失为氧气的真正发现者，因为其他两位不过找出了氧气，但一点儿也不知道他们自己找出了什么。 ”正是拉瓦锡的实验和结论，使当时的化学研究者们正确地认识了空气的组成成分和氧气对物质燃烧所起的作用，才击破了燃素学说，发现了氧。拉瓦锡一生虽然没有发明过什么新化合物和新化学反应，但他是历史上最杰出的化学家之一，他杰出的天才表现在他能看到旧理论的主要弱点，并能把有用的事实和更正确、更全面的新理论结合起来。1777 年，拉瓦锡命名此种气体为 Oxygen(氧)，是由希腊文 oxus-(酸) 和 geinomai(源)组成，即“成酸的元素”的意思。它的化学符号为 O。我国清末学者徐寿把这种气体称为
7、“羊气” ，后来为了统一，取了其中的“羊”字，因是气体，又加了部首“气”头，成为今天我们使用的“氧”字。1998 年 6 月 19 日中国科学报刊载了由顾关元同志撰写的“漫话氧的发现”一文。文章指出：“在我国，对于氧的提炼和研究，早在唐朝就开始了。 ”作者进一步指出：“鉴于我国南北朝的时候，炼丹术已经很流行，当时的人就知道用火硝加热等方法，所以我国对氧气的最早发现，时间可能更早，会是在 6 世纪。 ”单质氧氧是地球上含量最多，分布最广的元素。约占地壳总质量的 46.6%。它遍及岩石层、水层和大气层。在岩石层中，氧主要以氧化物和含氧酸盐的形式存在。在海水中，氧占海水质量的 89%。在大气层中，氧
8、以单质状态存在，约占大气质量的 23%。自然界中的氧含有三种同位素，即 16O、 17O、 18O，在普通氧中， 16O 的含量占 99.76%， 17O 占0.04%， 18O 占 0.2%。 18O 是一种稳定同位素，常作为示踪原子用于化学反应机理的研究中。单质氧有氧气 O2和臭氧 O3两种同素异形体。在高空约 25km 高度处，O 2分子受到太阳光紫外线的辐射而分解成 O 原子， O 原子不稳定，与 O2分子结合生成 O3分子：当 O3的浓度在大气中达到最大值时， 就形成了厚度约 20km 的环绕地球的臭氧层。O 3能吸收波长在 220330nm 范围的紫外光，吸收紫外光后， O3又分解
9、为 O2因此，高层大气中存在着 O3和 O2互相转化的动态平衡，消耗了太阳辐射到地球上的能量。正是臭氧层吸收了大量紫外线，才使地球上的生物免遭这种高能紫外线的伤害。关于单质氧，我们分别讨论它的这两种同素异形体：氧气臭氧氧气O2是一种无色、无臭的气体，在 90K 时凝聚成淡蓝色的液体，到 54K 时凝聚成淡蓝色固体。O2有明显的顺磁性，是非极性分子，不易溶于极性溶剂水中，293K 时 1dm3水中只能溶解 30cm3O2气。O 2在水中的溶解度虽小，但它却是水生动植物赖以生存的基础。关于 O2，我们介绍：氧分子的结构氧的制备氧分子的结构基态 O 原子的价电子层结构为 2s22p4，据 O2分子的
10、分子轨道能级图，它的分子轨道表示式为：，由此我们可以写出 O2分子的结构式：在 O2分子中有一个键和两个三电子键，每个三电子键中有两个电子在成键轨道，一个电子在反键轨道，从键能看相当于半个正常的键，两个三电子键合在一起，键能相当于一个正常的键，因此 O2分子总键能相当于 O=O 双键的键能 494kJ/mol。在 O2分子的分子轨道能级图上，我们看到在反键轨道上有两个成单电子，所以 O2分子是顺磁性的。氧的制备空气和水是制取 O2的主要原料，工业上使用的氧气大约有 97%的氧是从空气中提取的，3%的氧来自电解水。工业上制取氧，主要是通过物理方法液化空气，然后分馏制氧。把所得的氧压入高压钢瓶中储
11、存，便于运输和使用。此方法制得的 O2气，纯度高达 99.5%。实验室中制备 O2气最常用的方法是：(1) O2为催化剂，加热分解 KClO3：(2) NaNO3热分解：(3) 金属氧化物热分解：(4) 过氧化物热分解：臭氧臭氧因其具有一种特殊的腥臭而得名，O 3是一种淡蓝色的气体，O 3在稀薄状态下并不臭，闻起来有清新爽快之感。雷雨之后的空气，松树林里，都令人呼吸舒畅，沁人心脾，就是因为有少量O3存在的缘故。O3比 O2易液化，161K 时成暗蓝色液体，但难于固化，在 22K 时，凝成黑色晶体。O 3是抗磁性的。关于 O3，我们介绍：臭氧分子的结构臭氧的性质和用途臭氧层空洞臭氧分子的结构在
12、O3分子中，O 原子采取 sp2杂化，角顶 O 原子除与另外两个 O 原子生成两个 键外，还有一对孤电子对。另外两个 O 原子分别各有两对孤电子对。在三个 O 原子之间还存在着一个垂直于分子平面的三中心四电子的离域的 键( 34)，这个离域的 键是由角顶 O 原子提供 2 个 电子，另外两个 O 原子各提供 1 个 电子形成的。由于三个 O 原子上孤电子对相互排斥，使 O3分子呈等腰三角形状，键角为 116.8，键长为 127.8pm。根据分子轨道法处理 O3 分子中 34键的结果，三个 O 原子的这组平行的 p 轨道进行线性组合成三个分子轨道，一个是成键轨道（ 1） ，另一个是非键轨道（ 2
13、） ，第三个是反键轨道（ 3） ，轨道的能量依次升高。四个 电子依次填入成键轨道和非键轨道，分子轨道中不存在成单电子，所以 O3分子是抗磁性的。而且每两个 O 原子之间的键级为 11/2，不足一个双键，所以 O3分子的键长 127.89pm 比 O2分子的键长 120.8pm 长一些，O 3分子的键能也低于 O2分子而不够稳定。臭氧的性质和用途(1) O3不稳定，常温下就可分解，紫外线或催化剂(MnO 2、PbO 2、铂黑等)存在下，会加速分解：O3分解放出热量，说明 O3比 O2有更大的化学活性，无论在酸性或碱性条件下，都比 O2有更强的氧化性。(2) O3是一种极强的氧化剂，氧化能力介于
14、O 原子和 O2分子之间，仅次于 F2。例如它能氧化一些只具弱还原性的单质或化合物，有时可把某些元素氧化到不稳定的高价状态：O3还能迅速且定量地氧化离子成 I2，这个反应被用来测定 O3的含量：O3还能氧化氰离子，这个反应可用来治理电镀工业中的含氰废水：O3还能氧化有机物，特别是对烯烃的氧化反应可以用来确定不饱和双键的位置，例如：微量的 O3能消毒杀菌，对人体健康有益。但空气中 O3含量超过时，不仅对人体有害，对农作物等物质也有害，它的破坏性也是基于它的氧化性。臭氧层空洞近年来保护地球生命的高空臭氧层面临严重的威胁，随着人类活动的频繁和工农业生产及现代科学技术的大规模发展，造成大气的污染日趋严
15、重。大气中的还原性气体污染物如氟利昂、SO2、 CO、H 2S、NO 等越来越多，它们同大气高层中的 O3发生反应，导致了 O3浓度的降低。例如氟利昂是一类含氟的有机化合物，CCl 2F2、CCl 3F 等被广泛应用于制冷系统，发泡剂，洗净剂，杀虫剂，除臭剂，头发喷雾剂等等。氟利昂化学性质稳定，易挥发，不溶于水。进入大气层后受紫外线辐射而分解产生 Cl 原子，Cl 原子则可引发破坏 O3的循环反应：Cl + O3 ClO + O 2ClO + O Cl + O 2由第一个反应消耗掉的 Cl 原子，在第二个反应中又重新产生，又可以和另外一个 O3分子反应，因此每个 Cl 原子能参与大量的破坏 O
16、3的反应，而 Cl 原子本身只作为催化剂，反复起分解 O3的作用。近年来不断测量的结果证实臭氧层已经开始变薄，乃至出现空洞。例如 1985 年，发现在南极上空出现了面积与美国相近的臭氧层空洞，1989 年又发现在北极上空正在形成的另一个臭氧层空洞。臭氧层变薄和出现空洞，就意味着更多的紫外线辐射到达地面，紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛，甚至免疫系统都会造成伤害，强烈的紫外线还会影响鱼虾类和其它水生生物的正常生存，乃至造成某些生物灭绝，会严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，又会使由 CO2 量增加而导致的温室效应加剧。对地球上的生命产生严重的影响。为了保护臭氧层免遭破坏，于 1987 年
17、签定了蒙特利尔条约，即禁止使用氟利昂和其它卤代烃的国际公约。联合国环境计划暑对臭氧消耗所引起的环境效应进行了估计，认为臭氧每减少 1%，具有生理破坏力的紫外线将增加 1.3%。保护臭氧层须依靠国际大合作，建立一个全球范围的臭氧浓度和紫外线强度的监测网络是十分必要的。氧的成键特征氧是一种化学性质活泼的元素，它几乎能同所有的其它元素直接或间接地化合生成类型不同、数量众多的化合物。这不仅是由于在原子氧和分子氧中有成单电子，臭氧分子中还有离域的大 键，所以在形成化合物时，氧原子、氧分子和臭氧分子都可以作为形成化合物的基础。氧原子形成化合物时的成键特征氧分子形成化合物时的成键特征臭氧分子形成化合物时的成
18、键特征氧原子形成化合物时的成键特征形成离子键形成共价键形成配位键形成离子键从电负性小的原子中夺取电子形成 O2-离子，构成离子型化合物，氧的氧化数为-2。例如碱金属氧化物 Na2O 和大部分碱土金属氧化物 CaO。形成共价键构成共价型化合物，氧的氧化数为-2，它可以分为如下几种情况：(1) O 原子采取 sp3杂化，提供两个成单电子形成两个共价单键，另外两个杂化轨道被两对孤电子对占据，分子构型为角形，如 H2O、Cl 2O、OF 2等。只有在 OF2中氧表现为+2 氧化态，因为 F 的电负性比 O 大，称为二氟化氧。(2) O 原子采取 sp3杂化，形成两个共价单键，同时提供一对孤电子对形成一
19、个配位键，如在H3O+中，其结构是扁平的棱锥体， 约为 115。H 2O 分子是通过 O 配位键与 H+结合的。(3) O 原子采取 sp3杂化，提供两个成单电子形成一个共价双键，另外两个杂化轨道被两对孤电子对占据，如在 H2CO(甲醛) 、COCl 2（光气） 、CO(NH 2)2（尿素）等化合物中，O 原子以一个双键同另外的原子相联。分子构型为平面三角形。在 H2CO 分子中，O 原子以一个成单电子与 C 原子形成一个共价单键，在 p 轨道上的另一个成单的电子与 C 原子的 P 轨道上的电子生成一个垂直于分子平面的键，即在 O 原子与 C 原子之间形成一个共价双键。(4)O 原子采取 sp
20、 杂化，提供两个成单电子形成一个共价双键，同时提供一对孤电子对形成一个配位键，即形成一个共价三键。分子构型为直线形。如在 CO、NO 中。形成配位键(1) O 原子可以提供一个空的 2p 轨道，接受外来配位电子对而成键，如在有机胺的氧化物R3NO 中。(2) O 原子既可以提供一个空的 2p 轨道，接受外来配位电子对而成键，也可以同时提供二对孤电子对反馈给原配位原子的空轨道而形成反馈键，如在 H3PO4中的反馈键称为 d-p 键，PO 键仍只具有双键的性质。氧分子形成化合物时的成键特征(1) O2分子结合一个电子，形成超氧离子 O2-，在 O2-离子中， O 的氧化数为-1/2。例如 KO2。
21、(2) O2分子结合两个电子，形成过氧离子 O22-或共价的过氧链OO ，构成离子型过氧化物，如 Na2O2、BaO 2 等，或共价过氧化物，如 H2O2、H 2S2O4、K 2S2O8等。(3) O2分子失去一个电子，形成二氧基阳离子 O2+的化合物，O 的氧化数为+1/2。例如：O2分子的第一电离势是 1175.7kJ/mol，在 O2+离子中 OO 键长为 112pm，可以预见 O2分子的第二电离势一定很高，O 22+离子的化合物是难于形成的。(4) O2分子中每个原子上都有一对孤电子对，可以成为电子对给予体向具有空轨道的金属离子配位。例如，血液中的血红素是由 Fe2+同卟啉衍生物形成的
22、配合物，血红素是平面分子，其中的Fe2+有 6 个空轨道，4 个接受来自血红素上 4 个 N 原子的配位电子， 1 个接受来自组氨酸 N 的配位电子，另一个可逆地与氧分子配位结合：HmFe + O2 HmFeO2式中 Hm 代表卟啉衍生物。这样，动物体内的血红素便起到了载输氧气的作用，从而成为载氧体。血红素载氧示意图如下：臭氧分子形成化合物时的成键特征O3分子可以结合 1 个电子，形成臭氧离子 O3-，构成离子型臭氧化物，如 KO3，或结合 2 个电子形成共价的臭氧链OOO ，构成共价型臭氧化物，如 O3F2。水水是地球上分布得最广的物质，它几乎占去了地球表面的四分之三，它是支持地球上一切生命
23、体的重要因素之一。由于自然界中的氢存在着两种同位素： 1H 或 H， 2H 或 D(称为氘)。 （氢还有第三种同位素 3H或 T，称为氚，它只存在于原子核蜕变过程中，因此这里不讨论。 ）而自然界中氧又存在着三种同位素： 16O， 17O， 18O，因此自然水中应该存在着 9 种不同的水，分子式如下：在这 9 种不同形式的水中，以 H216O 最多，即普通水，平时就用 H2O 这一分子式来表示普通水。除普通水之外，D 216O 和 H218O 最为有用，D 216O 称为重水，用 D2O 这一分子式来表示，重水是核工业中最常用的中子减速剂。H 218O 称为重氧水，重氧水是研究化学反应特别是水解
24、反应机理的示踪物。重水不能维持动植物体的生命。关于水，我们仅讨论：水分子的结构水的污染与净化水分子的结构在 H2O 分子中，O 原子采取 sp3杂化，在四个 sp3杂化轨道中，有两个杂化轨道被两对孤电子对占据，另外两个 sp3杂化轨道与两个 H 原子生成两个共价键。杂化成键，键角理应为 109.5，但由于孤电子对对成键电子对有排斥作用，所以被压缩为 104.5。在液态水中，水分子之间通过氢键形成缔合分子(H 2O)x， x=2,3,4,5。每个 O 原子周围有两个近的和两个远的 H 原子，与近的那个 H 原子相距 96pm，即为 OH 键长，与远的那个 H 原子相距180 pm。两个 H2O
25、分子之间相距 276pm ，即氢键的键长。水分子的缔合是一种放热过程：温度升高，水的缔合程度下降，温度降低，水的缔合程度增大，273K 时水凝结成冰，全部水分子缔合在一起，成为一个巨大的缔合水分子。水的污染与净化水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。人类生产和生活用水，基本上都是淡水。地球上全部地面和地下的淡水量总和仅占总水量的 0.63%。随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。人类年用水量已近 4 万亿立方米，全球有 60%的陆地面积淡水供应不足，近 20 亿人饮用水短缺。联合国早在 1977 年就向全世界发出警告：水源不久将成为继石油
26、危机之后的另一个严重的全球性危机。据统计，全球对水的需求，每 20 年将增加一倍，但水的供应却不会以这个速度增加。人类不但需水量大，而且随着工农业的迅速发展和人口增长，人类排放的废污水量也急剧增加，使许多江河、湖泊、水库，甚至地下水等都遭受不同程度的污染，使水质下降。我们分别讨论：水的污染废水的处理水的净化水的污染排入水体的污染物种类繁多，大体可分为如下几种情况：(1) 有毒物质：包括汞、镉、铬等重金属的化合物及氰化物等工业废水和废料，杀虫剂、除草剂等有机氯农药，石油及其制品对海洋的污染等，它们对人体及水生动植物体都带来严重的危害。(2) 非毒营养物质：来自城市生活污水及食品、造纸、印染等工业
27、废水中的大量碳氢化合物、蛋白质、脂肪，洗涤剂中的磷酸盐，化肥的硝酸盐等，这些富有营养的物质会使水生藻类、根茎植物和细菌不正常地大量繁殖，充塞水体并耗用水中大量的氧，以致使鱼类等水生动物无法生存。(3) 热污染：电力工厂冷却水排入水体使水温升高，一方面降低了氧气在水中的溶解度，另一方面又会促进藻类和微生物的繁殖，这两方面都会影响到鱼类等水生动物的生存，破坏了生态平衡。废水的处理城市生活污水和工业废水需经污水处理厂进行处理后排放。基本处理方法及简要原理列入下表中：关于处理废水的化学方法很多，例如常用的有：(1) 化学方法用熟石灰 Ca(OH)2、硫化钠 Na2S 等作沉淀剂，使废水中的重金属离子生
28、成难溶于水的化合物。(2) 化学氧化法以 Cl2、次氯酸钠 NaClO 等为氧化剂，氧化废水中的有机物或某些还原性的无机物。碱性条件下，Cl 2可以将氰化物氧化成氰酸盐：氰酸盐的毒性仅为氰化物的千分之一，若 Cl2过量，氰酸盐可进一步被氧化成 CO2和 N2：(3) 化学还原法用废铁屑、废铜屑、废锌粒等较活泼的金属作还原剂处理含汞废水：对于含铬废水，用硫酸亚铁在酸性条件下，将六价铬还原为三价铬，再加入石灰，使之生成难溶于水的氢氧化铬沉淀而与水分离：常用化学方法处理废水的原理和处理对象总结在下表中：水的净化由于水是一种很好的溶剂，所以自然界中存在的水并不纯洁。我们在使用水时，常常需要对自然界的水
29、加以处理，进行一定的净化。鉴于用途不同，对水的纯度要求也不同，因此净化方法也不尽相同，下面是几种常用的净化方法。(1) 食用水的净化江河湖泊之水通过自然沉降先除去泥沙，然后借助 Al(OH)3或 Fe(OH)3胶状沉淀除去悬浮物，所得水通入 Cl2气以除去臭气，杀死细菌，这样处理过的水就可供人们食用。需要指出的是，氯化消毒是多年来广泛采用的饮水消毒法，现又用于污水处理和造纸工业的制浆漂白等。但从 20 世纪 70 年代以来，人们已经发现氯化处理会使水中多种有机物发生变化，形成对人体有害的卤代烃，如三氯甲烷 CHCl3等。这些含氯的有机物中很多是有毒的，甚至是致癌的。这个事实提醒人们，食用水的净
30、化应该考虑更安全的方法。(2) 硬水软化自然水中含有较多的 Ca2+、Mg 2+、Fe 3+、SO 42-、HCO 3-等离子，不利于工业使用，会形成锅垢，必须除去它们，软化方法有化学沉降法和离子交换法两种。化学沉降法：用石灰乳和纯碱或用 Na3PO4、Na 2HPO4作沉淀剂，使之生成沉淀除去。离子交换法：用离子交换树脂交换出的软水可满足工业要求。例如电厂锅炉用水的软化处理，其优点是交换饱和的树脂可以酸碱处理再生。(3) 实验室所需高纯水的制备蒸馏水：将水加热蒸发、冷凝，能满足一般实验要求。电导水：蒸馏水中加入少量 KMnO4和 Ba(OH)2，再进行蒸馏。纯度比蒸馏水高，需用电导仪测量其电
31、导率来衡量纯度，被保存于石英器皿中，因玻璃中杂质会溶于水中而降低其纯度。离子交换法：用离子交换树脂交换出的水虽纯度差一些，但速度很快，这一点是其它方法所不及的。过氧化氢过氧化氢 H2O2，其水溶液俗称双氧水，在自然界中很少见，仅以微量存在于雨雪或某些植物的汁液中，是自然界中还原性物质与大气氧化合的产物。我们讨论：过氧化氢分子的结构过氧化氢的性质和用途过氧化氢的制备过氧化氢的鉴定过氧化氢分子的结构H2O2分子中的成键作用和 H2O 分子一样，其中的 O 原子也是采取不等性的 sp3杂化，两个 sp3杂化轨道一个同 H 原子形成 HO 键，另一个则同第二个 O 原子的 sp3杂化轨道形成 OO 键
32、，其它两个 sp3杂化轨道则被两对孤电子对占据，每个 O 原子上的两对孤电子间的排斥作用，使得两个 HO 键向 OO 键靠拢，所以键角HOO 为 9652，小于四面体的 109.5值。同时也使得OO 键长为 149pm，比计算的单键值大。 HO 键键长为 97pm。整个分子不是直线形的，在分子中有一个过氧链OO，O 的氧化数为-1 ，每个 O 原子上各连着一个 H 原子，两个 H 原子位于像半展开的书的两页纸面上，两页纸面的夹角为 9351，两个 O 原子则处在书的夹缝位置上。过氧化氢的性质和用途纯 H2O2是一种淡蓝色的粘稠液体，它的极性比 H2O 强，由于 H2O2分子间有较强的氢键，所以
33、比 Ht/spanO 的缔合程度还大，沸点也远比水高，但其熔点与水接近，密度随温度变化正常，可以与水以任意比例互溶，3%H 2O2水溶液在医药上称为双氧水，有消毒杀菌的作用。水和过化氢的物理性质如下表：在 H2O2中 O 的氧化数为-1，H 2O2的特征化学性质是：过氧化氢的氧化性过氧化氢的还原性过氧化氢的不稳定性过氧化氢的氧化性从标准电极电势数值看，H 2O2在酸性溶液中是一种强氧化剂。例如 H2O2能将碘化物氧化成单质碘，这个反应可用来定性检出或定量测定 H2O2过氧化物的含量：另外，H 2O2还能将黑色的 PbS 氧化成白色的 PbSO4：4H2O2 + PbS = PbSO4 + 4H
34、2O表现 H2O2氧化性的反应还有：H2O2 + H2SO3 = H2SO4 + H2O在碱性介质中 H2O2的氧化性虽不如在酸性溶液中强，但与还原性较强的亚铬酸钠 NaCrO2等反应时，仍表现出一定的氧化性：H2O2最常用作氧化剂，用于漂白毛、丝织物和油画，也可用于消毒杀菌。纯的 H2O2还可用作火箭燃料的氧化剂，它作为氧化剂的最大优点是不会给反应体系带来杂质，它的还原产物是 H2O。要注意质量分数大于 30%以上的 H2O2水溶液会灼伤皮肤。过氧化氢的还原性在碱性溶液中，H 2O2是一种中等强度的还原剂，工业上常用 H2O2的还原性除氯，因为它不会给反应体系带来杂质：在酸性溶液中 H2O2
35、虽然是一种强氧化剂，但若遇到比它更强的氧化剂如 KMnO4时，H 2O2也会表现出还原性：酸性介质中：中性或弱碱性介质中：过氧化氢的不稳定性H2O2在低温和高纯度时还比较稳定，但若受热到 426K(153C 以上)时便会猛烈分解，它的分解反应就是它的歧化反应：2H2O2 = 2H2O + O2能加速 H2O2分解速度的因素还有：(1) O2在碱性介质中的分解速度比在酸性介质中快。(2) 杂质的存在，如重金属离子 Fe3+、Ar 3+等都能大大加速 H2O2的分解。(3) 波长为 320380nm 的光（紫外光）也能促进 H2O2的分解。针对会加速 H2O2分解的热、介质、重金属离子和光四大因素
36、，为了阻止 H2O2的分解，一般常把 H2O2装在棕色瓶中放在阴凉处保存，有时还加入一些稳定剂，如微量的锡酸钠 Na2SnO3、焦磷酸钠 Na4P2O7或 8-羟基 等来抑制所含杂质的催化分解作用。过氧化氢的制备实验室制备 H2O2的方法：(1) 用稀硫酸与过氧化物反应来制取 H2O2，例如(2) 通 CO2气体于 BaO2溶液中：BaO2 + CO2 + H2O = BaCO3+ H 2O2工业制备 H2O2的方法：(1) 电解-水解法以铂片作电极，通直流电电解硫酸氢铵的饱和溶液，得到过二硫酸铵：然后加入适量的 H2SO4 以水解过二硫酸铵即得 H2O2：生成的硫酸氢铵可循环使用。(2) 乙
37、基蒽醌法以 2-乙基蒽醌和钯(或镍) 为催化剂，由 H2和 O2直接化合成 H2O2：在此过程中，在钯催化下，2-乙基蒽醌被 H2 还原为 2-乙基蒽醇：而 2-乙基蒽醇又被 O2 氧化生成原来的 2-乙基蒽醌和 H2O2：2-乙基蒽醌可循环使用。上述两种方法所得 H2O2仅为稀溶液，减压蒸馏，可得质量分数为 20%30%的 H2O2溶液，在减压下进一步分级蒸馏，H 2O2浓度可高达 98%，再冷冻，可得纯 H2O2晶体。过氧化氢的鉴定在酸性溶液中，H 2O2能使重铬酸盐生成二过氧合铬的氧化物 CrO(O2)2，这是高氧化态(+6 氧化态)铬形成的过氧基配位化合物：该氧化物 CrO(O2)2在
38、乙醚中较稳定，在乙醚层中形成的蓝色化合物的化学式是： CrO(O2)2(C2H5)2O)在 Cr(VI)周围有四个配位体呈四面体排布，过氧基配体的 OO 轴面对着中心原子铬。过氧基离子 O22-是一种 配位体。此反应可用来检出 H2O2的存在。发布人:shaoys 最后更新:2004 年 8 月 20 日类似论文(top 10)：1.高压氧气管道的烯烧事故及防止措施2.PSA 法制氧气的应用领域3.医用氧气质量控制的几个关键环节4.氧气就地产生设备 PSA5.氧气三兄弟6.空分装置变氧气生产的探讨7.二氧化碳气瓶混装氧气燃爆事故及预防8.氧气充装环节脱脂问题不容忽视9.钢铁企业氧气放散与空分设备的负荷调节10.高压氧气管道的燃烧事故及防止措施
