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CO（一氧化碳）的化学性质与影响解析

一、分子结构与物理性质

• 化学式与结构

  • CO是由一个碳原子和一个氧原子通过三重键结合的异核双原子分子，呈直线型结构。其键长（113pm）短于普通碳氧双键（122pm），键能（1071.1 kJ/mol）更高，表明存在σ键和两个π键（其中一个为配位键）。
  • 分子轨道学说显示，CO与N?结构类似，均以三重键结合，电子云因配位键的存在部分偏向碳原子，导致偶极矩较小（0.1德拜）。

• 物理性质

  • 常温下为无色、无臭、无味气体，密度略小于空气（0.967），难溶于水（20℃时溶解度0.002838g/100g水）。
  • 熔点为-205℃，沸点-191.5℃，不易液化，常压下直接升华。

二、化学性质

• 加合性（配位性）

  • CO是重要配体，能与过渡金属（如Fe、Ni、Cr）形成羰基配合物（如Fe(CO)?、Ni(CO)?），广泛应用于工业催化与金属提纯。
  • 毒性机制：CO与血红蛋白（Hb）的亲和力是O?的230-270倍，形成稳定配合物COHb，阻断氧气运输，导致组织缺氧甚至死亡（50%结合即可引发心肌坏死）。

• 还原性

  • 还原金属氧化物：高温下可将Fe?O?、CuO等还原为金属，如：
    \[ \textFe}_2\textO}_3 + 3\textCO} \xrightarrow\Delta} 2\textFe} + 3\textCO}_2 \]
    用于高炉炼铁和冶金工业。
  • 还原盐类离子：与PdCl?、Ag(NH?)??等反应生成金属单质，用于检测CO存在。

• 可燃性

  • 燃烧时发出蓝色火焰，释放大量热量：
    \[ 2\textCO} + \textO}_2 \xrightarrow\text点燃}} 2\textCO}_2 \quad \Delta H = -284\ \textkJ/mol} \]
    需验纯以防爆炸（空气中爆炸极限12.5%-74%）。

• 氧化性（歧化反应）

  • 在高温高压下可与H?反应生成甲醇或甲烷：
    \[ \textCO} + 2\textH}_2 \xrightarrow\text催化剂}} \textCH}_3\textOH} \]
    用于合成燃料和化工原料。

三、应用与危害

• 工业应用

  • 合成化工产品：用于制备甲醇、光气（COCl?）及有机合成中的羰基化反应。
  • 冶金还原剂：在炼钢、镍精炼中作为还原气体。

• 毒性危害

  • 急性中毒：吸入高浓度CO（≥5000ppm）可导致电击样死亡；低浓度长期暴露引发头痛、认知障碍。
  • 防护措施：密闭环境需通风，燃气设备定期检修，中毒者需立即转移至新鲜空气并吸氧。

四、与CO?的对比

CO的化学核心在于其独特的分子结构和多重反应活性。作为配体、还原剂及能源载体，在工业中不可或缺，但需严格防范其毒性风险