《常用气体》课件

常用气体气体是我们日常生活和工业生产中不可或缺的重要物质从我们呼吸的空气，到工业生产中使用的各种气体，它们无处不在，影响着我们生活的方方面面本课件将全面介绍各种常用气体的基本性质、制备方法、用途以及安全使用知识，帮助大家系统了解气体在现代社会中的重要作用无论是学习化学知识，还是了解气体在工业、医疗、环保等领域的应用，这份课件都将为您提供详尽的信息和深入的分析目录气体概述气体的定义、基本特性、自然分布及日常应用常见气体空气、氧气、二氧化碳、氮气、氢气等气体的性质与应用稀有气体氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气的特性与用途安全与技术气体安全使用、分析技术与工业应用第一部分气体概述定义特性1气体的科学定义与分类气体的基本物理化学特性2应用分布43气体在日常生活中的各种应用气体在自然界中的存在形式气体是物质的三种基本状态之一，与液体和固体并列由于气体分子间作用力小，分子运动自由度高，气体表现出许多独特的物理化学性质本部分将系统介绍气体的基本概念、特性及其在自然界和人类社会中的重要性什么是气体？科学定义分子特征气体是物质的三种基本状态之一气体分子间作用力很小，分子运，其分子间距离较大，分子运动动速度快，呈无规则热运动状态自由，没有固定体积和形状，能，相互之间几乎没有引力够完全填充其所处的容器分类方式气体可按化学成分（单质气体、化合物气体）、性质（惰性气体、活性气体）或来源（天然气体、人工气体）等方式分类在常温常压下，气体是一种没有确定形状和体积的流体，它可以自由扩散并填满容器的每一个角落气体的这种特性使其在自然界和人类活动中发挥着不可替代的作用气体的基本特性1可压缩性气体分子间距离大，分子间有大量空隙，因此气体具有很强的可压缩性，这是液体和固体所不具备的重要特性2膨胀性气体分子运动剧烈，总是趋向于充满整个容器，这种特性使气体具有极强的膨胀性和流动性3扩散性不同种类的气体可以互相渗透并均匀混合，这种自发的混合过程称为扩散，是气体的一个显著特性4流动性气体可以自由流动并改变形状以适应容器，这种特性使气体能够在管道中传输并填充各种形状的空间气体在自然界中的分布大气层海洋12地球大气中含有氮气78%、氧气21%、二海水中溶解了大量气体，如氧气、二氧化碳氧化碳

0.04%及微量其他气体，是最大的和氮气，支持海洋生物的生存和全球碳循环天然气体储存库生物体内地下矿藏生物体内存在各种气体，如呼吸过程中的氧地壳中富含天然气、甲烷等碳氢化合物气体气和二氧化碳，以及植物光合作用中的气体，以及某些地区的二氧化碳、氦气和氡气等43交换气体在日常生活中的应用能源供应1天然气、液化石油气等作为家庭和工业的重要能源，用于烹饪、取暖和发电这些气体燃料提供了清洁高效的能源解决方案医疗健康2医用氧气用于救治呼吸困难患者，麻醉气体用于手术，氦氧混合气用于治疗某些呼吸道疾病气体在现代医疗中扮演着重要角色食品保鲜3氮气和二氧化碳广泛用于食品包装，延长食品保质期这种技术有效减少食品废弃，提高食品安全性交通工具4压缩空气用于轮胎充气，氢气研发为清洁燃料，氦气用于飞艇和气象气球各种气体为交通领域提供了多样化的应用第二部分空气性质1空气的物理化学特性组成2空气的成分及其比例污染3空气污染的来源与危害净化4空气净化的技术与方法空气是地球表面最常见的气体混合物，也是生物生存的必要条件本部分将详细介绍空气的组成、性质、污染问题以及净化技术，帮助我们更好地了解和保护这一宝贵的自然资源空气的组成氮气氧气氩气二氧化碳其他气体干燥空气主要由氮气和氧气组成，此外还含有氩气、二氧化碳和微量其他气体氮气占比最高，约

78.08%，为大气的主要成分；氧气占比约

20.95%，是生命活动必不可少的气体；氩气作为稀有气体，含量约为

0.93%二氧化碳虽然只占

0.04%，但在维持地球温度平衡方面发挥着重要作用此外，空气中还含有微量的氖、氦、甲烷、氪、氙等气体，以及水蒸气，其含量随地理位置和气候条件而变化空气的性质物理性质化学性质生物学特性空气是无色、无味、无臭的气体混合物空气中的氧气是活性成分，能与多种物质空气是大多数陆地生物呼吸的介质，提供标准状况下（0℃，

101.325kPa）的空气发生氧化反应，支持燃烧过程在高温或氧气并带走二氧化碳此外，空气还是声密度约为

1.293kg/m³空气可以被压缩和电火花作用下，空气中的氮气也可以与氧音传播的媒介，对维持生态平衡和气候调膨胀，这一特性使其在许多应用中发挥作气反应生成氮氧化物节有重要作用用空气污染万700年死亡人数世界卫生组织报告，全球每年约有700万人因空气污染相关疾病死亡91%城市空气质量全球91%的人口生活在空气质量不达标的地区25%疾病比例全球约25%的心脏病、肺癌和中风死亡与空气污染有关万420室外污染死亡每年因室外空气污染导致的过早死亡人数空气污染是指空气中存在对人类健康和生态环境有害的物质主要污染物包括颗粒物PM

2.

5、PM

10、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧和挥发性有机物等污染源主要来自工业排放、机动车尾气、燃煤、农业活动和自然源（如沙尘暴、火山喷发）空气净化技术物理过滤法1利用滤网捕捉空气中的颗粒物吸附技术2活性炭等材料吸附有害气体催化氧化3将有害气体转化为无害物质离子净化4利用正负离子吸附污染物光催化技术5利用光能分解有害物质随着空气污染日益严重，各种空气净化技术不断发展家用空气净化器通常采用多级过滤系统，包括HEPA滤网和活性炭滤网，可有效去除室内空气中的颗粒物和异味工业废气净化则采用更复杂的技术，如湿法洗涤、静电除尘、生物滤床等第三部分氧气基本性质氧气的物理化学特性与分子结构制备方法实验室和工业制备氧气的方法用途氧气在医疗、工业等领域的应用生命关系氧气与生物体的密切关系氧气是地球大气中的第二大成分，占空气体积的约21%它不仅是维持大多数生物生命活动的必要物质，也是工业生产和医疗健康领域的重要资源本部分将系统介绍氧气的基本性质、制备方法、用途以及与生命的关系氧气的基本性质分子式O₂物理状态常温常压下为无色无味气体密度

1.429g/L0℃，1标准大气压熔点-

218.79℃沸点-

182.95℃溶解性微溶于水，20℃时约30mg/L化学活性强氧化性，支持燃烧磁性顺磁性氧气是一种极为重要的气体，在常温常压下为无色无味，液态氧呈浅蓝色它的化学活性强，能与多种元素直接化合，是燃烧的必要条件氧气本身不燃烧，但强烈支持燃烧，是许多氧化反应的重要参与者氧气的制备方法实验室制备工业制备生物制备实验室中常用高锰酸钾（KMnO₄）或工业上主要采用空气分离法制取氧气光合作用是自然界中最重要的氧气来源氯酸钾（KClO₃）加热分解制取氧气该方法利用液化空气中各组分沸点不同绿色植物利用叶绿素捕获光能，将水氯酸钾在加热时分解生成氯化钾和氧气，通过精馏分离出氧气此外，变压吸分解产生氧气6CO₂+6H₂O+光能2KClO₃→2KCl+3O₂↑加入二氧附法也被广泛应用，尤其在需要中小规→C₆H₁₂O₆+6O₂↑这一过程是化锰作催化剂可降低分解温度，提高安模制氧的场合近年来，膜分离技术也地球大气氧气的主要来源，对维持大气全性逐渐应用于氧气的制备成分平衡具有决定性作用氧气的用途医疗应用工业应用其他应用氧气广泛用于医疗领域，为呼吸困难患者氧气在冶金工业中用于炼钢，提高燃烧效氧气用于水处理增加水中溶解氧；航空航提供氧疗，用于手术麻醉，以及高压氧舱率；在化工行业作为氧化剂；在玻璃制造天领域作为火箭燃料的氧化剂；潜水和高治疗在救护车、手术室和重症监护室，中提高燃烧温度氧-乙炔焊接切割也是重空飞行使用的呼吸气体；以及生物发酵和氧气是必不可少的医疗气体要应用领域水产养殖增氧等领域氧气与生命氧气是大多数生物体进行有氧呼吸的必要物质在人体内，肺部吸入的氧气通过红细胞中的血红蛋白运输到全身细胞在细胞线粒体中，氧气参与葡萄糖的完全氧化，释放能量用于维持生命活动C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O+能量氧气浓度对生物体有显著影响氧气不足（缺氧）会导致机体能量供应不足，引起组织损伤；而氧气过多（高氧）则可能产生氧毒性，导致自由基损伤因此，生物体通常具有精密的氧气浓度调节机制第四部分二氧化碳基本性质二氧化碳的物理化学特性来源自然和人为二氧化碳的来源用途二氧化碳在各行业的应用环境影响二氧化碳与气候变化的关系二氧化碳是一种重要的温室气体，也是碳循环的关键组成部分它在大气中的浓度虽然只有约

0.04%，但对地球气候和生态系统有着深远影响本部分将介绍二氧化碳的基本性质、来源、用途以及其对环境的影响二氧化碳的基本性质1物理性质2化学性质二氧化碳（CO₂）是一种无二氧化碳化学性质相对稳定，色、无味（低浓度时）的气体不支持燃烧在水中溶解形成，密度比空气大（

1.98kg/m³碳酸（H₂CO₃），呈弱酸），可溶于水在-

78.5℃时性与碱性物质反应生成碳酸，二氧化碳直接从固态升华为盐，例如与氢氧化钠反应气态，固态二氧化碳即为干冰CO₂+2NaOH→Na₂CO₃+H₂O3检测方法二氧化碳可通过石灰水测试检测CO₂通过澄清石灰水会使其变浑浊，生成碳酸钙沉淀现代检测方法包括红外气体分析仪和电化学传感器等二氧化碳的来源火山活动海洋释放化石燃料微生物分解火山喷发和地热活动海洋是最大的碳储存人类燃烧煤炭、石油有机物分解过程中，释放储存在地壳中的库，其与大气的气体和天然气等化石燃料自然呼吸微生物通过代谢活动二氧化碳，每年约贡交换过程中会释放大，是大气中二氧化碳释放大量二氧化碳，献2亿吨CO₂量二氧化碳浓度上升的主要原因所有进行有氧呼吸的这是土壤和水体中，年排放量约350亿吨工业过程生物都会产生二氧化CO₂的重要来源碳，包括动物呼吸和水泥生产、钢铁冶炼植物夜间呼吸每年等工业过程中产生大释放约2200亿吨量二氧化碳，是重要34CO₂的人为排放源2516二氧化碳的用途食品工业灭火系统工业应用二氧化碳广泛用于碳酸二氧化碳灭火器利用超临界二氧化碳用作绿饮料制作，为饮料提供CO₂不支持燃烧且能色溶剂，应用于咖啡脱气泡感和特殊口感它隔绝氧气的特性，适用咖啡因和干洗等领域也是重要的食品保鲜剂于电气火灾和易燃液体在金属焊接中，CO₂，用于改良包装气体，火灾大型CO₂灭火作为保护气体此外，延长食品保质期此外系统安装在计算机房、二氧化碳还用于pH调，干冰（固态CO₂）档案馆等场所，提供有节、中和废水和增强石用于食品冷藏和运输效的消防保护油开采等工业过程二氧化碳与全球变暖二氧化碳浓度ppm全球平均温度变化°C二氧化碳是最主要的温室气体之一，能够吸收地球表面发出的长波辐射，导致大气温度升高自工业革命以来，人类活动导致大气中二氧化碳浓度显著上升，从大约280ppm增加到现在的410ppm以上，引发全球变暖全球变暖导致极端天气事件增加、海平面上升、生物多样性减少等一系列环境问题为应对气候变化，国际社会制定了《巴黎协定》等协议，致力于控制温室气体排放，限制全球温度升幅第五部分氮气基本性质氮气的物理化学性质与特点制备方法实验室和工业生产氮气的方法主要用途氮气在各领域的广泛应用氮循环自然界中氮元素的循环过程氮气是地球大气中含量最丰富的气体，约占干燥空气体积的78%它化学性质稳定，是一种重要的工业原料和保护气体本部分将介绍氮气的基本特性、制备方法、主要用途以及在自然界中的循环过程氮气的基本性质分子式N₂物理状态常温常压下为无色无味无臭的气体密度

1.2506g/L0℃，1标准大气压熔点-

210.0℃沸点-

195.8℃溶解性微溶于水，20℃时约20mg/L化学活性常温下化学性质不活泼，三键结构稳定特殊性质不燃烧，不支持燃烧，窒息性氮气分子由两个氮原子通过三重共价键结合而成，这种强键使氮气分子非常稳定常温下，氮气几乎不与其他元素反应然而，在高温、高压或催化剂存在的条件下，氮气可以转化为氨、氮的氧化物等化合物氮气的制备方法实验室制备1实验室中可通过亚硝酸铵的热分解制取氮气NH₄NO₂→N₂↑+2H₂O也可通过次氯酸钠与氨水反应2NH₃+3NaClO→N₂↑+3NaCl+3H₂O这些方法虽然简便，但产量有限，适用于教学演示分馏液态空气2工业上最主要的氮气制备方法是空气分离空气经压缩、冷却后液化，利用氮气-

195.8℃和氧气-

183.0℃沸点不同进行精馏分离这种方法可大规模生产高纯度氮气，是工业氮气的主要来源变压吸附法3利用某些材料（如分子筛）在高压下选择性吸附氧气而不吸附氮气的特性，将空气加压通过吸附床，氧气被吸附，氮气通过降压时释放吸附的氧气，实现循环使用此方法能耗低，适合中小规模需求膜分离技术4利用氮气和氧气分子尺寸不同，通过半透膜选择性分离由于氧气分子较小，扩散速度快，优先透过膜，留下较纯的氮气这种方法操作简便，维护成本低，近年来应用越来越广泛氮气的用途食品保鲜工业应用安全应用氮气被广泛用于食品包氮气在电子工业中用作氮气不燃烧且能隔绝氧装中置换空气，防止食保护气体，防止氧化；气，用于易燃物品的保品氧化变质薯片等零在金属热处理中用于控护和火灾预防系统例食包装中充入氮气，既制氛围；在石油开采中如，在油罐顶部充入氮能保持产品新鲜，又能用于增压采油；在化工气形成保护层，防止油防止包装在运输过程中行业用作化学原料，生气与空气接触此外，被压碎此外，液态氮产氨、硝酸等产品；还氮气还用于轮胎充气，还用于食品速冻和冷冻用于激光切割和焊接等减少爆胎风险并延长轮研磨工艺胎寿命氮循环氨化作用固氮作用有机氮转化为铵离子21将大气中的氮气转化为氨或硝酸盐硝化作用铵离子氧化为硝酸盐35同化作用反硝化作用生物体吸收利用氮化合物4硝酸盐还原为氮气返回大气氮循环是自然界中最重要的生物地球化学循环之一尽管大气中氮气含量丰富，但大多数生物无法直接利用分子态氮气只有少数微生物，如根瘤菌和某些蓝藻，能够通过固氮酶将大气氮转化为生物可利用的形式人类活动，如化肥生产和使用，显著影响了全球氮循环过量的活性氮进入环境导致一系列问题，如水体富营养化、土壤酸化和大气污染等因此，合理管理氮肥使用和减少氮排放已成为环境保护的重要内容第六部分氢气基本性质制备方法用途与技术氢气是最轻的元素，在宇宙中含量最丰氢气可通过多种方法制备，包括水电解氢气在化工、冶金、电子等传统行业有富，但地球大气中含量极少它具有独、天然气重整、煤气化等不同制备方广泛应用近年来，氢燃料电池、氢能特的物理化学性质，是重要的化学原料法有不同的成本和环境影响，直接影响发电等氢能源技术快速发展，成为低碳和潜在的清洁能源氢能源的可持续性转型的重要选择随着全球对清洁能源需求的增长，氢气作为一种零排放燃料，正在获得越来越多的关注本部分将介绍氢气的基本性质、制备方法和应用，特别是其在未来能源系统中的潜在角色氢气的基本性质1物理性质2化学性质氢气（H₂）是最轻的气体，氢气化学活性较强，易与氧气密度仅为

0.09kg/m³（空气、卤素等发生反应与氧气混的1/14），在常温常压下为无合后遇明火会发生爆炸（氢氧色、无味、无臭的气体液氢反应2H₂+O₂→2H₂O+温度极低，沸点为-

252.87℃能量）氢气是良好的还原剂，比液氧和液氮的温度更低，能还原多种金属氧化物3能源特性氢气热值高，燃烧热为142MJ/kg，比汽油、天然气等传统燃料高得多燃烧产物仅为水，不产生二氧化碳等温室气体，是理想的清洁能源载体氢气的制备方法天然气重整煤气化石油重整水电解其他方法目前全球氢气生产主要依赖化石燃料天然气重整是最主要的制氢方法，反应过程为CH₄+H₂O→CO+3H₂，后续通过水气变换反应（CO+H₂O→CO₂+H₂）进一步提高氢气产量这种方法成本相对较低，但会产生二氧化碳排放水电解制氢是一种完全清洁的制氢方法，通过电能分解水生成氢气和氧气2H₂O→2H₂+O₂当使用可再生能源发电时，整个过程不产生碳排放，被称为绿氢虽然目前成本较高，但随着技术进步和规模扩大，其成本有望下降氢气的用途化工原料1氢气是合成氨、甲醇等重要化工产品的原料全球约60%的氢气用于氨的合成（N₂+3H₂→2NH₃），进而用于生产肥料此外，氢气还用于生产环氧乙烷、环己烷等多种化工产品石油炼制2在石油炼制过程中，氢气用于加氢裂化和加氢处理，去除原油中的硫、氮等杂质，提高汽油品质随着清洁燃油标准提高，炼油过程中对氢气的需求持续增长冶金工业3氢气用作还原剂，用于直接还原铁矿石生产海绵铁，以及特种金属如钼、钨的提纯在金属热处理中，氢气用作保护气体和还原气氛，防止金属氧化能源应用4氢气作为能源载体，可用于燃料电池发电、内燃机燃烧、锅炉供热等氢燃料电池汽车已实现商业化，氢能在固定式发电、船舶和航空等领域也有广阔前景氢能源技术氢燃料电池氢能存储与输送绿色氢能产业链氢燃料电池通过电化学反应将氢气的化学氢气可通过高压气态（700bar）、低温液绿色氢能产业链包括可再生能源发电、电能直接转化为电能，效率高达60%以上，态（-253℃）或固态（金属氢化物、有机解水制氢、氢气存储与输送、终端应用等远超内燃机目前主要有质子交换膜燃料液态载体）等形式存储输送方式包括管环节构建完整的氢能基础设施是发展氢电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池道运输、压缩氢气拖车和液氢槽车等未能经济的关键各国正加大投入，推动氢（SOFC）等类型，应用于交通、便携式来可能利用现有天然气管网改造输送氢气能产业规模化发展，降低全链条成本电源和分布式发电等领域或氢天然气混合物第七部分稀有气体氡Rn1最重的稀有气体氙Xe2应用于照明和医疗氪Kr3用于高效照明氩Ar4最丰富的稀有气体氖Ne5用于霓虹灯氦He6最轻的稀有气体稀有气体，也称惰性气体或贵气体，是元素周期表中VIIIA族的六种元素氦、氖、氩、氪、氙和氡它们的最外层电子层结构完整，化学性质极不活泼，在自然界主要以单原子分子形式存在本部分将介绍这些气体的特性和应用稀有气体概述特点所有稀有气体都是无色、无味、无臭的单原子气体化学性质化学性质极不活泼，外层电子排布完整稳定自然丰度除氡外，其他稀有气体主要存在于大气中物理特性熔点、沸点随原子量增加而升高提取方法主要通过空气分离法获得（氦主要从天然气中提取）主要用途照明、冷却、保护气体、医疗成像等化合物氪、氙和氡可形成少量化合物，其他几乎不形成化合物稀有气体的化学惰性使其在许多应用中具有独特价值它们不与其他物质反应，可作为理想的保护性环境然而，近几十年来的研究表明，较重的稀有气体（特别是氙）能够形成一些化合物，打破了惰性气体的传统概念氦气基本性质获取方法主要用途氦He是第二轻的元素，沸点极低-氦气主要从富含氦的天然气中提取，全氦气是超导磁体如MRI的冷却剂；用于

268.9℃，是最接近绝对零度的气态物球约80%的氦气产自美国天然气中的气球和飞艇充气；作为保护气体用于焊质它不燃烧、不支持燃烧，密度比空氦含量通常在

0.1%-7%之间，通过低温接和半导体制造；应用于氦质谱检漏；气小，具有较高的热导率和声速自然分离技术提取氦是不可再生资源，全用作潜水混合气体以防止减压病；还用界中主要来源于放射性元素的衰变球氦气储量有限，曾多次出现供应危机于声学研究和颗粒物理探测器α氖气霓虹灯应用激光技术低温应用氖气最著名的应用是霓虹灯当电流通过氖氦激光器是最早开发的气体激光器之一氖的沸点-

246.1℃介于氢和氦之间，使充满氖气的玻璃管时，氖原子被激发并释，产生

632.8nm的红色激光，在全息摄影其成为某些低温应用的良好冷却剂与氦放出特征性的橙红色光不同颜色的霓虹、光谱学、条形码扫描器和激光测距等领相比，氖更容易液化且蒸发速度较慢，在灯通常是通过添加其他气体或使用荧光涂域有广泛应用氖的稳定特性使其成为精某些需要精确温度控制的特殊低温系统中层实现的霓虹灯广告牌成为了现代城市密激光系统的理想选择有应用夜景的标志性元素氩气基本性质获取方法焊接应用氩气Ar是地球大气中含量最丰富的稀有气体，占干燥空气体积的

0.93%工业上主要通过空气分离法获取氩气液化空气经分馏后，氩与氧的混合物氩气是最常用的焊接保护气体，尤其适用于钨极氩弧焊TIG和金属氩弧焊它无色无味，化学性质极不活泼，密度比空气大，熔点-

189.3℃，沸点-需要进一步去除氧气，通常采用催化脱氧或深冷分离技术，最终得到高纯度MIG焊接过程中，氩气能有效防止金属与空气中的氧气、氮气接触，避

185.8℃氩气免氧化和氮化，提高焊接质量照明应用其他用途氩气广泛用于荧光灯和白炽灯泡中在荧光灯中，氩与少量汞蒸气混合，提氩气用于半导体和电子工业的保护气体；用作酒类、食品包装的保鲜气体；供合适的电弧放电环境；在白炽灯中，氩气减少钨丝蒸发，延长灯泡寿命用于双层玻璃窗的填充气体，提高隔热性能；还用于高精度科学实验中创造惰性环境氪气1基本性质2获取方法氪Kr是原子序数为36的稀有氪气主要通过分馏液态空气获气体，无色无味，密度为空气得，与氙气一起作为空气分离的

2.9倍它在大气中含量极的副产品由于含量极低，氪低，仅约

1.14ppm氪的熔点的提取需要处理大量空气，成为-

157.4℃，沸点为-

153.4℃本较高，导致其价格昂贵，限与其他轻稀有气体相比，氪制了某些应用的发展可以形成少量化合物，如氪氟化物3主要应用氪气最重要的应用是在高性能照明领域，如氪气填充灯泡比普通氩气灯泡亮度更高，寿命更长；用于摄影闪光灯；氪离子激光器产生多种可见光波长；航天器离子推进器的工作介质；用于窗户隔热；以及某些高能物理实验的介质氙气氙Xe是一种稀有气体，大气中含量约为

0.087ppm它是最容易形成化合物的稀有气体，可与氟、氧等形成化合物氙气密度大，为空气的

4.5倍，在常温常压下为无色无味气体，熔点-

111.8℃，沸点-

108.1℃氙气应用广泛高端汽车大灯采用氙气放电灯，提供接近日光的白色光；摄影闪光灯和电影放映灯使用氙气；航天器离子推进器使用氙作为推进剂；医学上，氙气用于麻醉和特殊MRI成像；还应用于窗户隔热和粒子物理探测器氙气的高价值使得其回收再利用成为一项重要技术氡气基本特性1放射性、无色、密度最大来源2镭衰变产物、地壳岩石释放健康危害3致癌风险、室内污染源检测方法4活性炭吸附、电离室检测防护措施5通风、密封、活性炭过滤氡Rn是唯一具有放射性的稀有气体，也是元素周期表中最重的气体元素它主要由地壳中的镭-226衰变产生，具有

2.8天的半衰期氡气无色无味，但会不断释放出α粒子，这也是其主要健康危害的来源室内氡气已被世界卫生组织认定为仅次于吸烟的第二大肺癌致病因素氡气及其衰变产物被吸入肺部后，持续释放的α射线可能损伤DNA导致肺癌许多国家已制定室内氡浓度标准并要求进行检测，特别是在高氡地区的建筑物中第八部分有毒气体一氧化碳无色无味，与血红蛋白亲和力强，阻碍氧气运输，导致窒息硫化氢臭鸡蛋味，高浓度麻痹嗅觉神经，导致呼吸系统麻痹氯气黄绿色刺激性气体，对呼吸道和眼睛有强烈刺激作用氨气刺激性气味，对呼吸道和眼睛有刺激作用，高浓度可致命有毒气体是指对人体健康有害的气体，无论是通过吸入、皮肤接触还是其他途径进入体内这些气体在工业生产、矿业、农业和日常生活中都可能存在，了解其特性、危害以及防护措施对保障生命安全至关重要一氧化碳基本性质来源与产生毒性机制一氧化碳CO是一种无色无味无臭的气一氧化碳主要来源于含碳物质不完全燃一氧化碳的毒性主要源于其与血红蛋白体，密度与空气相近相对密度

0.97它烧，如汽车尾气、燃煤取暖设备、煤气的亲和力，比氧气高200-250倍吸入易燃，燃烧产生蓝色火焰一氧化碳微灶和木炭燃烧工业上，一氧化碳作为后，CO与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋溶于水，溶于乙醇、苯等有机溶剂它重要原料，在冶金工业中作还原剂，在白，阻碍氧气运输，导致组织缺氧同的化学性质活泼，既可作还原剂也可作化工行业用于合成甲醇、乙醛等有机物时，一氧化碳还会影响细胞色素氧化酶氧化剂系统，干扰细胞呼吸硫化氢毒性机制工业来源防护措施硫化氢H₂S的毒性主要通过抑制细胞色硫化氢在石油和天然气开采、炼油、造纸防护包括工程控制通风系统、密闭操作素C氧化酶发挥作用，阻断细胞呼吸链，、皮革加工、污水处理等行业常见它是和个人防护气体检测器、正压式空气呼吸导致组织无法利用氧气高浓度硫化氢还许多工业过程的副产品，特别是含硫化合器发生硫化氢泄漏时，应立即撤离危险会麻痹嗅觉神经，使人失去对其特殊臭味物的分解过程沼泽地、火山活动和某些区域，并向上风方向移动急救措施包括的感知能力，增加中毒风险温泉也会自然释放硫化氢移至新鲜空气处、人工呼吸和吸氧氯气

2.5相对密度氯气密度是空气的

2.5倍，泄漏时会沉积在低洼处-

34.6沸点℃氯气在较低温度下便可液化，便于储存运输1-3致死浓度ppm极低浓度暴露短时间即可致命

0.2-

0.4嗅阈值ppm有明显特征性气味，低浓度可被感知氯气Cl₂是一种黄绿色有刺激性气味的气体，化学性质活泼，是强氧化剂它几乎不溶于水，但与水反应生成次氯酸和盐酸氯气最早被用作化学战剂，现代主要用于水处理消毒、纸浆漂白、有机合成原料和化工中间体氯气对呼吸系统有强烈刺激作用，导致咳嗽、胸闷、肺水肿接触眼睛会引起严重刺激和灼伤长期低浓度接触可能导致慢性支气管炎防护措施包括良好的通风系统、气体检测报警装置和适当的个人防护装备氨气工业应用家庭来源安全处理氨气NH₃是重要的化工原料，用于生产家庭中氨气主要来源于清洁产品，如玻璃氨气泄漏时应立即撤离至上风处，穿戴防肥料、硝酸、尼龙和爆炸物它也是优良清洁剂、地板清洁剂等此外，发酵肥料毒面具和防护服稀释措施包括喷水雾以的制冷剂，在大型冷库和工业制冷系统中、腐烂有机物和动物排泄物也会释放氨气吸收和稀释氨气泄漏区域应隔离，禁止广泛应用氨制冷虽然效率高，但因其毒不当混合含氨和含氯清洁剂会产生有毒火源，并通知专业应急人员处理暴露者性和可燃性，安全要求严格氯胺气体，造成危险应迅速脱离污染区，用大量清水冲洗接触部位第九部分气体安全气体泄漏危害1各类气体泄漏可能导致的健康和安全风险泄漏预防2气体储存和使用中的预防性安全措施泄漏检测3气体泄漏的早期发现和监测技术急救措施4气体中毒后的紧急处理和救护方法气体安全是化学实验室、工业生产和日常生活中的重要议题无论是易燃气体、有毒气体还是惰性气体，不当处理都可能导致严重事故了解气体的危险特性、掌握安全操作规程和应急处理方法，对预防事故和减少损失至关重要气体泄漏的危害中毒危害窒息危害有毒气体一氧化碳、硫化氢、氯气等泄漏惰性气体氮气、氦气等或二氧化碳泄漏可可导致急性或慢性中毒，损害呼吸系统、神2置换空气中的氧气，导致缺氧窒息在密闭经系统和其他器官，严重时致命空间尤为危险，因无明显征兆，被称为无声1杀手火灾爆炸易燃气体氢气、甲烷、丙烷等泄漏遇火源3可能引发火灾或爆炸，造成严重的人员伤亡和财产损失冻伤危险5环境污染液化气体液氮、液氧、LNG等泄漏时温度极低，接触可导致严重冻伤某些气体还会4某些气体泄漏会造成空气、水和土壤污染，迅速汽化膨胀，增加危险影响生态系统和公共健康温室气体泄漏还可能加剧气候变化气体泄漏的预防安全设计人员培训通风管理气体系统应遵循安全设所有接触气体的人员应气体使用和储存区域应计原则，包括材料兼容接受专业培训，了解气有良好的通风系统，确性考虑、防爆电气设备体的性质、危险性和安保有害气体不会积累、压力泄放装置、自动全操作规程培训内容关键区域应安装气体检切断阀和备用系统等应包括正确使用个人防测报警系统，在浓度达管道、容器和接头应定护装备、识别潜在危险到危险水平前发出警报期检查，及时更换老化、紧急情况处理和急救对于特殊气体，可能部件系统设计应考虑知识定期进行安全演需要专用排风系统和废最坏情况，确保即使在练，确保在紧急情况下气处理设备，防止环境异常条件下也能安全运能够迅速、有效地响应污染行气体泄漏的检测方法感官检测气体检测仪特殊检测方法最基本的检测方法利用人类感官某些便携式和固定式气体检测仪是最常用的针对特定气体和场景的专业检测方法包气体有特殊气味如硫化氢的臭鸡蛋味、检测工具检测原理包括催化燃烧式适括肥皂水法简单检测小型泄漏、超声天然气添加的硫醇气味，可通过嗅觉识用于可燃气体、电化学式一氧化碳、氧波检测压缩气体高压泄漏、红外热像仪别某些气体泄漏产生声音或在泄漏处气等、半导体式、红外吸收式和光离子某些气体泄漏产生温差、示踪气体法形成可见气流然而，感官检测存在局式等现代检测仪通常具备多气体检测在系统中添加易检测气体和气相色谱-限性一些危险气体无色无味；有些气能力、数据记录功能、无线传输和自动质谱法复杂环境中特定气体的精确定量体导致嗅觉疲劳；高浓度有毒气体可能报警功能不同场景选择适当检测仪至大型工业设施和管道系统可能采用无危及检测者安全关重要人机或机器人进行远程检测气体中毒的急救措施确保安全首先确保自身安全，不要贸然进入有毒气体区域必要时使用呼吸防护装备或等待专业救援转移患者迅速将患者转移至新鲜空气处，松开紧身衣物，保持呼吸道通畅基本急救如患者无意识但有呼吸，采取恢复体位；如无呼吸，立即进行心肺复苏CPR吸氧处理如有条件，给予高浓度氧气吸入，特别是一氧化碳中毒患者寻求医疗迅速拨打急救电话，告知中毒气体类型，遵医嘱进行后续治疗不同类型的气体中毒需要特定处理氨气、氯气等刺激性气体中毒，应避免患者活动，防止冲洗眼睛和皮肤；一氧化碳中毒患者应立即接受高浓度氧疗，严重者可能需要高压氧舱治疗；硫化氢中毒可使用亚硝酸盐解毒剂；氰化物中毒需特定解毒剂如亚硝酸钠和硫代硫酸钠第十部分气体分析技术气体分析是确定气体成分及其含量的技术，在环境监测、工业控制、医疗诊断、食品安全和科学研究等领域有广泛应用随着分析需求日益精细化，气体分析技术也在不断发展，从传统湿化学分析发展到现代仪器分析本部分将介绍几种主要的气体分析技术，包括气相色谱法、质谱法、红外光谱法以及气体传感器技术这些方法各有特点和适用范围，通常根据分析需求、准确度要求、样品特性和经济因素选择合适的分析方法气相色谱法原理设备应用气相色谱法GC基于混合物组分在固定相和移气相色谱仪主要由进样系统、色谱柱、恒温箱气相色谱法广泛应用于环境空气和废气分析、动相之间分配系数的差异，使各组分在色谱柱、检测器和数据处理系统组成常用检测器包天然气和石油气组分测定、工业过程气体监控中以不同速度移动，从而实现分离不同气体括热导检测器TCD、火焰离子化检测器、呼气分析诊断疾病、食品中挥发性成分检测组分从色谱柱流出的时间保留时间不同，可FID、电子捕获检测器ECD等，各有适用等它可与质谱法联用GC-MS，兼具色谱的用于定性分析；流出组分的峰面积或峰高与含范围色谱柱是分离的核心，可分为填充柱和分离能力和质谱的识别能力，大大提高分析的量成正比，可用于定量分析毛细管柱两类准确性质谱法1基本原理质谱法MS是将样品分子电离形成带电离子，再根据质量与电荷比m/z进行分离和检测，从而确定样品成分的分析方法它能提供分子量和结构信息，是物质定性的有力工具质谱的核心部件包括离子源、质量分析器和检测器2离子化方式气体样品的常用离子化方式包括电子轰击EI、化学电离CI、光电离PI等EI是最常用的方式，用高能电子束轰击样品分子产生正离子；CI较为温和，产生较少碎片；PI适用于某些难以电离的化合物不同离子化方式产生的质谱图具有互补性3质量分析器常用的质量分析器包括四极杆、飞行时间TOF、离子阱和磁扇形等四极杆结构简单，易于操作，是最常用的类型；TOF具有高分辨率和快速扫描能力；离子阱可进行多级质谱分析MS/MS，提供更多结构信息；磁扇形具有高精度和高分辨率4应用领域质谱法在环境监测大气污染物、VOCs、工业过程监控半导体制造、医学诊断呼气分析、航天器大气分析、安全检查爆炸物检测和科学研究等领域有重要应用它可与气相色谱、液相色谱等分离技术联用，极大提高复杂样品的分析能力红外光谱法红外光谱法IR基于分子振动和转动能级的跃迁吸收红外辐射的原理不同气体分子因结构不同，在特定波长处有特征吸收峰，可用于定性分析；吸收强度与浓度成正比，可用于定量分析红外光谱法特别适合分析双原子不同素异核分子和多原子分子气体现代红外气体分析主要采用傅里叶变换红外光谱FTIR技术，具有高分辨率、高灵敏度和快速扫描等优点FTIR广泛应用于环境监测、烟气分析、工业过程控制、汽车尾气检测等领域近年来，便携式和在线FTIR系统的发展极大拓展了其应用范围气体传感器技术金属氧化物半导体型电化学型红外吸收型MOS传感器如SnO₂、ZnO传感器基于电化学传感器利用气体在电极上的氧化还非分散红外NDIR传感器基于气体分子对气体在半导体表面吸附或反应导致电阻变原反应产生电流信号它们功耗低、灵敏特定波长红外光的吸收它们选择性好、化的原理它们结构简单、成本低、响应度高、线性范围宽，广泛用于O₂、CO、稳定性高、寿命长，特别适合CO₂等红外快，广泛用于可燃气体和有毒气体检测H₂S、NO₂等气体检测现代电化学传活性气体检测随着微机电系统MEMS缺点是选择性差、易受温湿度影响，且部感器采用微型化设计，大大降低了能耗和技术发展，微型化NDIR传感器成本大幅降分传感器需要加热工作响应时间，提高了实用性低，应用范围不断扩大第十一部分气体在工业中的应用化学工业冶金工业1气体作为原料和反应物气体在金属冶炼中的应用2其他行业食品工业43气体在电子、医药等领域的应用气体在食品加工与保鲜的作用气体在现代工业生产中扮演着不可替代的角色，既可作为原料参与化学合成，也可作为工艺辅助气体提供特定的反应环境工业气体的应用遍布几乎所有制造业领域，直接影响产品质量和生产效率本部分将重点介绍气体在化学工业、冶金工业和食品工业中的主要应用，展示不同类型气体如何助力现代工业生产，以及工业气体行业的发展趋势随着绿色制造理念的推广，气体应用的环保性和可持续性也越来越受到重视化学工业氨合成1哈伯法合成氨是最重要的工业气相反应之一，以氮气和氢气为原料N₂+3H₂⇌2NH₃反应在高压15-25MPa、中温400-500℃和铁基催化剂存在下进行合成氨是化肥、硝酸和其他含氮化合物的基础，全球年产量超过

1.5亿吨甲醇合成2甲醇主要通过合成气CO和H₂混合物在铜基催化剂上反应制得CO+2H₂→CH₃OH甲醇是重要的基础化工原料，用于生产甲醛、醋酸、二甲醚等，也是新型燃料和燃料添加剂近年来，二氧化碳加氢制甲醇工艺成为研究热点乙烯生产3乙烯主要通过烃类裂解获得，如石脑油、乙烷或丙烷在800-900℃高温下裂解乙烯是最大宗的有机化工原料，用于生产聚乙烯、环氧乙烷、乙醇等气体分离技术在乙烯生产中至关重要，用于从复杂气体混合物中分离纯乙烯硫酸生产4接触法制硫酸涉及多步气相反应硫或硫化物燃烧生成SO₂，SO₂在V₂O₅催化下氧化为SO₃，SO₃溶于水生成H₂SO₄硫酸是产量最大的无机酸，在肥料、冶金、石油、纺织等行业有广泛应用气体净化和吸收技术在工艺中起重要作用冶金工业高炉炼铁转炉炼钢保护气氛高炉炼铁是最主要的铁生产方法，利用转炉炼钢将高纯氧气吹入含碳量高的铁特种冶金中，惰性气体氩气、氦气和还焦炭燃烧产生的一氧化碳还原铁矿石水，氧化去除碳、硅、锰等杂质C+原性气体氢气、一氧化碳用作保护气氛Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂热风O₂→CO₂现代转炉如LD转炉、顶，防止金属氧化和引入杂质真空感应鼓入高炉底部，提供氧气支持焦炭燃烧底复合吹转炉等，通过精确控制氧气供熔炼、电子束熔炼、粉末冶金等高端冶为提高效率，现代高炉常喷吹煤粉、应量和吹入方式，优化冶炼过程氧气金工艺都需要特定气体环境在热处理天然气或重油，并富氧操作，显著降低炼钢显著提高了钢的生产效率和质量，中，不同气体氛围可控制工件表面的碳能耗和CO₂排放是现代钢铁工业的基础氮含量，实现表面强化食品工业气调包装改良气氛包装MAP技术使用特定气体组合替代包装内的空气，延长食品保质期不同食品类型需要不同气体配方肉类常用高氧70-80%O₂与二氧化碳混合以保持红色并抑制微生物；面包和蛋糕产品使用高CO₂低O₂环境延缓霉菌生长；蔬果使用低氧环境减缓呼吸和乙烯产生速冻技术液氮-196℃和液态二氧化碳-

78.5℃广泛用于食品速冻相比传统冷冻方法，低温气体能迅速带走热量，形成微小冰晶，减少对食品细胞结构的破坏，保持食品的风味、质地和营养价值全球速冻食品市场快速增长，带动工业气体在食品冷链中的应用发酵与碳酸化食品发酵过程中，气体条件控制至关重要啤酒和葡萄酒发酵需要厌氧环境；酸奶和乳酸菌饮料需要微氧条件；酵母培养则需要充足氧气二氧化碳是碳酸饮料的关键成分，决定了饮品的口感和风味此外，食品工业使用二氧化碳和氮气开发新型纳米气泡产品灭菌与保鲜气体在食品杀菌中扮演重要角色臭氧是强效杀菌剂，用于食品表面消毒和水处理；环氧乙烷气体用于香料和干燥食品灭菌；二氧化碳在超临界状态下具有杀菌作用，同时能去除农药残留此外，气体控制技术在果蔬催熟、贮藏和运输中广泛应用总结与展望未来趋势1绿色制氢和碳捕获技术的发展新型应用2气体在新能源和新材料领域的应用技术进步3气体分析、存储和运输技术的创新安全环保4更高标准的气体安全和环保要求基础知识5对常用气体性质和用途的系统了解通过本课件，我们系统学习了常用气体的基本性质、制备方法、主要用途和安全使用知识从自然界广泛存在的空气、氧气、氮气，到工业重要的氢气、二氧化碳，再到稀有气体和有毒气体，每种气体都有其独特的特性和应用价值展望未来，随着气候变化挑战和碳中和目标的推进，气体科学技术将面临新的发展机遇绿色氢能、二氧化碳捕获与利用、新型气体传感器等领域将迎来快速发展了解气体知识，不仅有助于我们理解周围的世界，也为参与未来能源变革和环境保护奠定基础。