物理性质
二氧化碳在常温常压下为无色无味气体,溶于水和烃类等有机溶剂,其相关物理常数如下表 [2] [61] [87]:
性质 | 条件或符号 | 单位 | 数据 |
|---|
熔点 | 527kPa | 摄氏度(℃) | -56.6 |
沸点 |
| 摄氏度(℃) | -78.5 |
相对密度 | -79℃,水=1 |
| 1.56 |
相对蒸气密度 | 空气=1 |
| 1.53 |
饱和蒸气压 | -39℃ | 千帕(kPa) | 1013.25 |
临界温度 |
| 摄氏度(℃) | 31.3 |
临界压力 |
| 兆帕(MPa) | 7.39 |
辛醇/水分配系数 |
|
| 0.83 |
折射率 | 12.5~24℃ |
| 1.173~1.999 |
摩尔折射率 |
|
| 6.98 |
黏度 | 21℃,5.92MPa | 毫帕斯卡秒(mPa·s) | 0.0697 |
蒸发热 | 升华 | 千焦每摩尔(kJ/mol) | 25.25 |
熔化热 |
| 千焦每摩尔(kJ/mol) | 8.33 |
生成热 |
| 千焦每摩尔(kJ/mol) | 394.40 |
比热容 | 20℃,定压 | 千焦每千克开尔文[kJ/(kg·K)] | 2.8448 |
蒸气压 | 5.9~14.9℃ | 兆帕(MPa) | 4.05~5.07 |
热导率 | 12~30℃ | 瓦每米开尔文[W/(m·K)] | 0.10048~83.74×10-7 |
体膨胀系数 | -50~0℃ | 每开尔文(K-1) | 0.00495 |
0~20ºC | 每开尔文(K-1) | 0.00991 |
摩尔体积 |
| 毫升每摩尔(mL/mol) | 44.7 |
等张比容 | 90.2K |
| 60.9 |
表面张力 |
| 达因每厘米(dyne/cm) | 3.4 |
极化率 | 10-24cm3 |
| 2.76 |
(参考资料: [2])
CO2易溶于水,在1atm 下,100体积水内溶解CO2的体积数随温度不同而异,其数值如下 [74]: 温度,K | 273 | 283 | 293 | 298 | 333 |
体积数 | 171 | 119 | 88 | 75.5 | 36 |
溶解度也与压力有关,当压力低于5atm时,溶解度与压力成正比;超过5atm,由于碳酸的形成,溶解度大于正比值 [74]。 相态变化
二氧化碳是一种易液化、气化的气体,其临界温度为31.1°C,临界压力为7.38 MPa。随着温度和压力的变化,CO2的相态可呈气相、液相或固相变化,CO2需加压到5.1 倍大气压力以上会以液态存在,在 5.1个大气压下的液化点为-56.55°C。二氧化碳临界压力、温度分别是7.38 MPa、31.4°C,三相点压力为0.52 MPa,温度为-56°C。压力低于0.7 MPa时,CO2仅有两种相态,即气相和固相,温度降低时,CO2会从气态直接转变为固态 [78]。当物质处在临界压力与临界温度以上的状态时,此时该物质所处的状态就是超临界状态,被称为超临界流体。超临界状态下,物质的相态介于气态与液态之间,超临界流体的粘度和表面张力接近气体的性质,密度范围更接近液体的性质,扩散系数和热力学电导率介于气体和液体之间,既具有气体的流动性,又具有液体的溶解性 [77]。
化学性质
二氧化碳是碳氧化合物之一,是一种无机物,不可燃,通常也不支持燃烧,低浓度时无毒性。它也是碳酸的酸酐,属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性,其中碳元素的化合价为+4价,处于碳元素的最高价态,故二氧化碳具有氧化性而几乎无还原性,但氧化性不强 [29]。
1.酸性氧化物的通性
二氧化碳可以溶于水并和水反应生成碳酸,而不稳定的碳酸容易分解成水和二氧化碳,相应的化学反应方程式为:
一定条件下,二氧化碳能与碱性氧化物反应生成相应的盐,如:
①与氢氧化钙反应
向澄清的石灰水中加入二氧化碳,会使澄清的石灰水变浑浊,生成碳酸钙沉淀(此反应常用于检验二氧化碳),相应的化学反应方程式为:
当二氧化碳过量时,生成碳酸氢钙:
由于碳酸氢钙溶解性大,长时间往已浑浊的石灰水中通入二氧化碳,可发现沉淀渐渐消失。
②与氢氧化钠反应
二氧化碳会使烧碱变质,相应的化学反应方程式为:
当二氧化碳过量时,生成碳酸氢钠:
③与氨气反应
氨基甲酸铵NH2COONH4为白色晶体,极易溶于水,其溶液热至333K水解为碳酸铵 [74]: 2.弱氧化性
高温条件下,二氧化碳能与碳单质反应生成一氧化碳 [29],相应的化学反应方程式为:
在点燃的条件下,镁条能在二氧化碳中燃烧 [29],相应的化学反应方程式为:
二氧化碳和氢气在催化剂的作用下会发生生成甲醇、一氧化碳和甲烷等的一系列反应 [30-31],其中几种反应的化学反应方程式为:
二氧化碳的电化学还原是一个利用电能将二氧化碳在电解池阴极还原而将氢氧根离子在电解池阳极氧化为氧气的过程,由于还原二氧化碳需要的活化能较高,这个过程需要加一定高电压后才能实现,而在阴极发生的氢析出反应的程度随电压的增加而加大,会抑制了二氧化碳的还原,故二氧化碳的高效还原需要有合适的催化剂,以致二氧化碳的电化学还原往往是个电催化还原过程。这个过程的简单机理为:在初始阶段,二氧化碳被吸附在阴极催化剂表面,形成中间产物(反应式①);然后电子在两个电极间电势差的作用下发生转移,转移数可能是2、4、6、8、12,还原产物随电子转移数的不同而可能是一氧化碳、甲酸根、甲酸、甲烷、乙烷和乙烯等(反应式②-⑧)。由于是在水溶液中,也会发生析氢反应,从而产生氢气(反应式⑨、⑩) [32-33]。
3.与过氧化物反应
二氧化碳能与过氧化钠(Na2O2)反应生成碳酸钠(Na2CO3)和氧气(O2) [29],相应的化学反应方程式为:。 4.与格式试剂反应
在酸性条件下,二氧化碳能和格氏试剂在无水乙醚中反应生成羧酸,相应的化学反应方程式为:
说明:式子中R表示脂肪烃基或芳香烃基,X表示卤素 [34]。
5.与环氧化合物的插入反应
二氧化碳可以和环氧化合物在电催化作用下可反应生成环状碳酸酯 [35],相应的化学反应方程式为:
关键字: 二氧化碳;干冰;碳酸气;钢瓶装二氧化碳;碳酸酐;
公司主营:85%甲酸,90%甲酸,94%甲酸,99%甲酸,氯化钙、二氯甲烷,DMF,次氯酸钠,四氯乙烯等化工溶剂