二氧化碳的用途
二氧化碳的物理性質(zhì):無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體?;瘜W(xué)式CO2,地球大氣層重要組分之一。密度1.977克/厘米3,二氧化碳能溶于水。二氧化碳?xì)怏w容易液化,液態(tài)二氧化碳可以貯存在高壓鋼瓶?jī)?nèi)。當(dāng)液態(tài)二氧化碳蒸發(fā)時(shí),會(huì)吸收大量的熱,使溫度迅速降低,這樣又會(huì)使一部分二氧化碳?xì)怏w冷凝成雪花狀固體,這種固體可從周?chē)諢崃?,直接變成氣體(升華),因此把它叫做干冰。大氣中二氧化碳的含量為0.03%;海洋中為0.014%。它們來(lái)源于:①有機(jī)體腐爛過(guò)程。②人和動(dòng)物呼出二氧化碳。③煤、石油、天然氣等的燃燒。
二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑,只在高溫下能與鎂等金屬反應(yīng)(生成氧化鎂和碳),也與紅熱的炭發(fā)生反應(yīng)(生成一氧化碳);二氧化碳?xì)怏w溶于水生成碳酸(使紫色石蕊變成紅色),是一種二元弱酸(不穩(wěn)定,遇熱或強(qiáng)酸容易分解成二氧化碳和水)。***常用的檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w的方法是讓它通入澄清的石灰水,即有白色沉淀(碳酸鈣)產(chǎn)生:Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O繼續(xù)通入二氧化碳,碳酸鈣沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘奶妓釟溻},溶液又變?yōu)槌吻澹?/p>
CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
二氧化碳本身無(wú)毒,但在空氣中含量達(dá)到3%時(shí),人體會(huì)感到呼吸急促,達(dá)到10%時(shí),就會(huì)喪失知覺(jué)、呼吸停止而死亡。
隨著工業(yè)高度發(fā)展,大氣中的二氧化碳含量日益增高,它能夠吸收地面放出的紅外輻射,在地球周?chē)纬山^熱層,阻止熱量向外層空間擴(kuò)散,使平均氣溫上升,此即二氧化碳的溫室效應(yīng)。
工業(yè)上用的二氧化碳大多是石灰窯、水泥廠、釀酒廠(發(fā)酸過(guò)程)的副產(chǎn)物,天然氣井和煤氣廠也有大量二氧化碳。主要用于制造碳酸鈉,及生產(chǎn)充碳酸氣的飲料。用干冰冷凍水果或肉類(lèi),不但溫度低,而且無(wú)污染。二氧化碳又是有效的滅火劑,用于不能用水來(lái)?yè)錅绲幕馂?zāi),如油、電、金屬鈉引起的火災(zāi)。液態(tài)二氧化碳已成為***無(wú)污染的萃取劑,所用的工藝稱(chēng)為超臨界萃取,多用于食品等工業(yè)。
“干冰”的故事:
在美國(guó)南部的得克薩斯州,一個(gè)鉆探隊(duì)曾遇到了一件怪事:當(dāng)他們用鉆探機(jī)往地下打孔勘探油礦時(shí),突然有一股強(qiáng)大的氣流從管口噴出,立刻在管口形成一大堆雪花似的”冰”。好奇的勘探隊(duì)員,像孩子般高興地用這些“冰”滾起雪球來(lái)了。這下可不得了啦!許多隊(duì)員的手被凍傷,過(guò)不了多久,許多人皮膚開(kāi)始發(fā)黑、潰爛,這究竟是怎么一回事呢?
原來(lái),那雪花似的“冰”不是由水而是由二氧化碳凝結(jié)而成的。這種固體二氧化碳在常溫下融化時(shí),能直接氣化為二氧化碳?xì)怏w,所以很快就銷(xiāo)聲匿跡,而周?chē)耘f干干的,不像冰融化后會(huì)留下水跡,因而又名“干冰”。論外貌,干冰和普通的冰確實(shí)很相像,只是干冰的溫度要比普通冰更低(一78.5°C)。在這樣低的溫度下,難怪鉆探隊(duì)員的手會(huì)凍壞。
干冰的用途可多呢!可以用作強(qiáng)致冷劑;用干冰冷藏魚(yú)、肉之類(lèi)食品時(shí),運(yùn)輸途中不會(huì)弄得到處濕漉漉的;食物在地窖中用干冰冷藏,可以存放更長(zhǎng)時(shí)間。
更奇妙的是,在許多影片和電視劇中那些云霧燎繞的景象也是干冰的功勞呢!因?yàn)楦杀诳諝庵袣饣纬纱罅慷趸細(xì)怏w,呈現(xiàn)在觀眾面前的就是一片”白茫?!钡木跋?。
此外,干冰還是人工造雨的能手呢!人工降雨是用人為的方法,增加云中的冰晶或使云中的冰晶和水滴增大而形成降水。目前人工降雨是一種用飛機(jī)把冷卻劑(干冰或其他化學(xué)藥劑)撒播到云中,使云內(nèi)溫度顯著下降,使細(xì)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營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。每一片葉子中的葉綠素在日光照射下都能完成一個(gè)很奇妙的變化,把葉子吸收的二氧化和根部輸送來(lái)的水分轉(zhuǎn)變?yōu)樘?、淀粉以及氧氣,光合作用?CO2+6H2O=C6H12O6+6O2其中C6H12O6就是葡萄糖,再經(jīng)轉(zhuǎn)化就生成淀粉等。在這個(gè)過(guò)程中,日光中的能量被吸收了,變成儲(chǔ)存在淀粉中的能量,成為地球上生命活動(dòng)的能源。
二氧化碳與油漆,通常我們的油漆,都是具有揮發(fā)性的有機(jī)溶劑。涂上油漆后,溶劑就揮發(fā)出來(lái),揮發(fā)的時(shí)間較長(zhǎng),而且還給環(huán)境造成污染,污染物中有許多有毒氣體和致癌物。美國(guó)一家公司研制出一種用二氧化碳做溶劑的油漆,克服了常用尤其給人帶來(lái)的危害。二氧化碳是氣體,不能做溶劑。他們采用的辦法是:在一定溫度下增大壓力,使二氧化碳處于氣態(tài)與液態(tài)相互轉(zhuǎn)變的一種狀態(tài)。這樣,就可做溶劑使油漆溶解。所用二氧化碳是合成氨廠、煉油廠的副產(chǎn)品,并不需要制取。使用二氧化碳噴漆,干得快,光澤好,不會(huì)產(chǎn)生有毒污染。
一般條件下,二氧化碳不支持燃燒且比空氣重,將二氧化碳覆蓋在燃著的物體表面,可使物體跟空氣隔絕而停止燃燒,因此二氧化碳可用滅火,是常用的滅火劑。
在化學(xué)工業(yè)上,二氧化碳是一種重要的原料,大量用于生產(chǎn)純堿(Na2CO3)、小蘇打(NaHCO3)、尿素[CO(NH2)2]、碳酸氫銨(NH4HCO3)、顏料鉛白[Pb(OH)2·2PbCO3]等。在輕工業(yè)上,生產(chǎn)碳酸飲料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。
在現(xiàn)代化倉(cāng)庫(kù)里常充入二氧化碳,防止糧食蟲(chóng)蛀和蔬菜腐爛,延長(zhǎng)保存期。固態(tài)的二氧化碳即“干冰”,主要用作致冷劑,用飛機(jī)在高空噴撒“干冰”,可以使空氣中水蒸氣冷凝,形成人工降雨;在實(shí)驗(yàn)室里,“干冰”與乙醚等易揮發(fā)液體混合,可以提供——77℃C左右的低溫浴?!案杀边€可以做食品速凍保鮮劑。在農(nóng)業(yè)上,溫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,可以增進(jìn)植物的光合作用。促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng),增加產(chǎn)量。在自然界,二氧化碳保證了綠色植物進(jìn)行光合作用和海洋中浮游植物呼吸的需要。
除課本里提及的二氧化碳的各種用途外,尚有下列一些用途。
1.人體呼吸的有效刺激因素,它通過(guò)對(duì)人體外化學(xué)感受器的刺激,興奮呼吸中摳。如果一個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間吸入純氧,體內(nèi)二氧化碳濃度過(guò)低,可導(dǎo)致呼吸停止。因此,臨床上把5%二氧化碳與95%氧氣的混合氣體、應(yīng)用于一氧化碳中毒、溺水、休克、堿中毒的治療和麻醉上的應(yīng)用。液態(tài)二氧化碳低溫手術(shù)的用途也較廣泛。
2.貯藏糧食、水果、蔬菜。用二氧化碳貯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細(xì)菌、霉菌、蟲(chóng)子生長(zhǎng),避免變質(zhì)和有害健康的過(guò)氧化物產(chǎn)生,并能保鮮和維持食品原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分。二氧化碳不會(huì)造成谷物中藥物殘留和大氣污染。用二氧化碳通入大米倉(cāng)庫(kù)24h,能使99%的蟲(chóng)子死亡。
3.作為萃取劑。國(guó)外普遍利用二氧化碳進(jìn)行食品、飲料。油料、香料、藥物等加工萃取。
4.用二氧化碳與氫氣做原料,可生產(chǎn)甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料。
5、作為油田注入劑。可有效地驅(qū)油和提高石油的采油率。
6.注入地下難于開(kāi)采的煤層,使煤層氣化,獲得化工所需的合成氣體和居間物。
7.保護(hù)電弧焊接,既可避免金屬表而氧化,又可使焊接速度提高大約9倍。
有的科學(xué)家認(rèn)為,大氣中二氧化碳加倍,將使糧食平均增產(chǎn)超過(guò)30%,棉花增長(zhǎng)80%以上,小麥和水稻一類(lèi)作物增產(chǎn)36%。
8.在烹飪中用發(fā)酵粉或蘇打的日的是為付了產(chǎn)生微小的二氧化碳?xì)馀?。這些氣泡使面包、糕點(diǎn)或發(fā)面膨脹,吃起來(lái)松軟適口。在制造面包時(shí)使用酵母,其作用與此相同,只是時(shí)間長(zhǎng)些而已。發(fā)酵粉(或碳酸氫鈉)與一種酸(如從酸牛奶產(chǎn)生的乳酸)作用而產(chǎn)生二氧化碳。市售“發(fā)酵粉”中常含有固態(tài)酸,在潮濕時(shí),它與碳酸氫鈉發(fā)生作用,也產(chǎn)生二氧化碳。
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