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氧气的前世今生

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目录

氧气的发现

氧气的性质

氧气的制备方法

氧气的应用领域

氧气的存储与运输

氧气的未来展望

氧气的发现

章节副标题

早期认识氧气

01

18世纪,燃素理论主导化学界,但拉瓦锡的实验开始挑战这一理论,为氧气的发现铺平道路。

02

卡尔·威廉·舍勒和约瑟夫·普利斯特利分别独立发现并制备了氧气,但当时他们认为这是一种“脱燃素空气”。

03

拉瓦锡将这种气体命名为“氧气”,并准确描述了其助燃和维持呼吸的特性,为后续研究奠定基础。

燃素理论的挑战

氧气的初步分离

氧气的命名与特性

氧气的正式发现

01

瑞典化学家舍勒通过加热硝酸钾制得氧气,但未认识到其为新元素,早于普利斯特里。

卡尔·威廉·舍勒的贡献

02

英国科学家普利斯特里通过加热红色氧化汞得到氧气,并称之为“脱燃素空气”。

约瑟夫·普利斯特里的实验

03

法国化学家拉瓦锡通过实验确认氧气是一种新元素,并命名为“oxygène”,意为“酸的生成者”。

安托万-洛朗·德·拉瓦锡的命名

氧气命名由来

命名的科学背景

氧气的命名源于希腊语“oxys”(酸)和“genes”(生成),因为早期认为它与酸的形成有关。

01

02

命名者安托万-洛朗·德·拉瓦锡

法国化学家拉瓦锡通过实验确定了氧气的化学性质,并在1777年将其命名为“oxygène”。

氧气的性质

章节副标题

物理性质

氧气在标准大气压下的沸点为-183℃,熔点为-218℃,是液态和固态下常见的物理参数。

氧气的沸点和熔点

在20℃和1大气压下,氧气在水中的溶解度为每升水约31毫升,影响水生生物的呼吸。

氧气的溶解度

氧气的密度在标准状况下为1.429克/升,比空气略重,这也是液态和气态氧气储存的基础。

氧气的密度

化学性质

氧气是许多物质燃烧的必要条件,例如铁在氧气中可以燃烧生成氧化铁。

助燃性

氧气能与多种元素发生氧化反应,如氢气与氧气反应生成水。

氧化反应

人体细胞通过呼吸作用利用氧气,将营养物质转化为能量。

支持呼吸

生物学作用

氧气是细胞呼吸过程中不可或缺的成分,它参与了细胞内能量产生的过程。

01

细胞呼吸

人体和其他动物依赖氧气进行代谢活动,维持生命所需的能量转换和体温调节。

02

支持生命活动

植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气,为地球上的生命提供必要的氧气供应。

03

促进植物光合作用

氧气的制备方法

章节副标题

早期制备技术

早期通过压缩空气并利用不同气体沸点差异进行分离,如查尔斯和盖-吕萨克的实验。

空气分离法

通过电解水的方式制备氧气,虽然效率不高,但为后来的工业制氧提供了理论基础。

电解水法

利用化学反应产生氧气,例如加热硝酸钾产生氧气,是早期实验室常用方法。

化学反应法

01

02

03

现代工业制氧

通过低温蒸馏将空气中的氮气和氧气分离,是目前工业上大规模制氧的主要方法。

空气分离法

通过电解水的方式产生氧气,通常用于实验室或特殊工业需求,非大规模生产。

电解水制氧

利用分子筛吸附原理,从空气中分离出氧气,适用于小型或中型制氧设备。

分子筛技术

实验室制备氧气

通过电解水的方式,可以分解水分子为氢气和氧气,此法在实验室中常用于制备少量氧气。

电解水制氧

01

高锰酸钾在加热条件下分解,释放出氧气,是实验室制备氧气的一种简便方法。

高锰酸钾分解法

02

在催化剂如二氧化锰的作用下,过氧化氢分解产生水和氧气,适用于实验室快速制氧。

过氧化氢分解法

03

氧气的应用领域

章节副标题

医疗领域应用

氧气用于呼吸治疗,如慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者的氧疗,帮助改善呼吸功能。

呼吸治疗

高压氧舱通过提供高浓度氧气,用于治疗一氧化碳中毒、减压病等疾病,加速康复过程。

高压氧舱治疗

在手术过程中,氧气是维持患者生命体征的关键,确保手术顺利进行和患者安全。

手术室支持

工业领域应用

氧气在炼钢过程中用于吹氧,提高炉温,加速冶炼反应,是现代钢铁工业不可或缺的元素。

钢铁生产

在化工生产中,氧气作为氧化剂广泛应用于合成氨、甲醇等化工产品的生产过程。

化工原料

在污水处理中,氧气用于好氧处理过程,帮助微生物分解有机物,提高水质净化效率。

水处理

环境保护作用

氧气在污水处理中用于好氧微生物的代谢,帮助分解有机物,净化水体。

水体净化

利用微生物在有氧条件下分解土壤中的污染物,进行生物修复,恢复土壤生态功能。

土壤修复

工业排放的废气通过催化氧化等技术增加氧气含量,减少有害气体排放,改善空气质量。

大气治理

氧气的存储与运输

章节副标题

氧气的压缩存储

高压氧气瓶

医院和潜水领域常用高压氧气瓶存储氧气,便于携带和紧急使用。

液态氧气储罐

工业生产中,氧气常被液化后存储于特制的低温储罐中,以节省空间。

氧气压缩机

氧气压缩

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