一氧化碳的物理和化学性质
一氧化碳介绍:
一氧化碳（carbon monoxide），一种碳氧化合物，化学式为CO，化学式量为28.0101，通常状况下为是无色、无臭、无味的气体。物理性质上，一氧化碳的熔点为-205℃，沸点为-191.5℃，难溶于水（20℃时在水中的溶解度为0.002838 g ），不易液化和固化。化学性质上，一氧化碳既有还原性，又有氧化性，能发生氧化反应（燃烧反应）、歧化反应等；同时具有毒性，较高浓度时能使人出现不同程度中毒症状，危害人体的脑、心、肝、肾、肺及其他组织，甚至电击样死亡，人吸入最低致死浓度为5000 ppm（5分钟）。工业上，一氧化碳是一碳化学的基础，可由焦炭氧气法等方法制得，主要用于生产甲醇和光气以及有机合成等。
物理性质:
1、性状：无色、无臭、无味、难溶于水。
2、熔点（℃）：-205
3、三相点（℃）：-205.1（15.3 kPa）
4、沸点（101.325 kPa,℃）: -191.5
5、相对密度(液态，水=1) : 0.793
6、相对蒸气密度(空气=1) : 0.967
7、比容(21.1℃，101.325 kPa,m3/kg) : 0.8615
8、蒸气压：20（-203.43℃，kPa），305（-180℃，kPa），3500（140℃，kPa）
9、临界温度（℃）：-140.2
10、临界压力（kPa）：3499
11、临界密度（kg/m3）：301
12、辛醇/水分配系数 ：1.78
13、黏度（101.325kPa，0℃，mPa·s）：0.01662
14、表面张力（-100℃，N/m）：0.0098
15、在空气中可燃范围（20℃，101.325kPa）：12.5%～74%
16、在空气中的最低燃点（101.325kPa，℃）：630
化学性质:
一氧化碳分子是不饱和的亚稳态分子，在化学上就分解而言是稳定的。常温下，一氧化碳不与酸、碱等反应，但与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高温能引起燃烧、爆炸，属于易燃、易爆气体。因一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2，能被氧化成+4价，具有还原性；且能被还原为低价态，具有氧化性。
1．氧化反应（燃烧反应）
一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳：
，燃烧时发出蓝色的火焰，放出大量的热。
2．歧化反应（分解反应）
由于一氧化碳分子中碳氧键很牢固，需要有很高的活化能，故一氧化碳实际上不能进行无催化分解。当一氧化碳活性吸附在某些物质的晶体表面上时，才有可能进行分解。这些物质中以铁居首位，有铁参与的一氧化碳分解机理可以表示为：
总的化学反应方程式为： 
。
3．变换反应
在一定条件下，一氧化碳和水蒸气等摩尔反应生成氢气和二氧化碳：CO + H2O → H2+ CO2。在工业装置中，早期的一氧化碳变换反应通常分两段进行，即高（中）温变换和低温变换。高（中）温变换用铁系作催化剂，典型水蒸汽和一氧化碳比为3左右，在温度为300～500℃、空速为2000～4000 h-1的条件下，高温变换炉出口一氧化碳含量为2%～5%；低温变换用高活性铜锌催化剂，在温度为180～280℃、空速为2000～4000 h-1的条件下，低温变换炉出口一氧化碳含量为0.2%～0.5% 。
4．加氢反应
在不同的反应条件和催化剂作用下，一氧化碳加氢可合成多种有机物，如：合成甲醇、费托（Fischer-Tropsch）法合成烃（费托合成）、合成甲烷（甲烷化反应）、合成乙二醇、合成聚亚甲基（polymethylene）等。
（1）合成甲醇
选用铜-锌-铬催化剂，在温度为230～270℃、压力为5～10MPa、空速为20000-60000 h-1的条件下，一氧化碳和氢气反应生成甲醇：CO + 2H2→CH3OH。（2）费托合成
一氧化碳和氢气的混合气体在催化剂（如铁钴催化剂）和适当条件（温度为190～350℃、压力为0.7～20 MPa）下可以反应生成液态的烃或碳氢化合物（hydrocarbon）。 这一反应为非均相反应，反应产物是以直链烷烃和烯烃为主的混合物，可用以下反应通式表示：
或 
。
（3）甲烷化反应
以镍作催化剂，在温度为230～450℃、压力为0.1～10 MPa、空速为500-25000 h-1的条件下，氢气与一氧化碳之比不小于3时，可反应生成甲烷：CO + 3H2→CH4+H2O。这一反应为多相催化的气相反应，是费托合成的特例。
（4）合成乙二醇
以羰基铑络合物作催化剂，在温度为150～300℃和极高压力（约300 MPa）下，氢气与一氧化碳（氢气与一氧化碳之比接近1）转化为多元醇的选择性为60%～70%。其中，以乙二醇（HOCH2CH2OH）为主：2CO + 3H2→HOCH2CH2OH。反应在液相溶液中进行，副产物有丙二醇、丙三醇、甲醇、乙酸甲酯以及少量的高级醇等。（5）合成聚亚甲基
以金属钌作催化剂，一氧化碳和氢气在有利于甲烯（CH2）合成的压力（100～200 MPa）和温度（100～120℃）下，一氧化碳大部分与氢气反应生成聚亚甲基〔n(CH2)〕：
。由于反应条件苛刻、生成聚亚甲基的选择性低、时空产率不高等，此反应尚处于实验阶段。
5．配位反应
一氧化碳可以和大部分过渡金属反应而生成羰络金属及其衍生物。
如在常温、常压下，一氧化碳可直接与活性金属镍粉反应而生成无色液体四羰基合镍〔Ni(CO)4〕： 
；在200℃、200个大气压下，一氧化碳可与铁粉生成五羰基铁〔Fe(CO)5〕：
；在更苛刻的条件下，一氧化碳能直接与钴、铑、钉、钼、钨反应，但产率低，没有实用价值。需要注意的是：金属的羰基化合物是易挥发的有毒固体或液体，且加热时立即分解成相应的金属和一氧化碳。（可据此提纯金属和制得纯一氧化碳）
6．与有机物反应
（1）与醇反应
①甲醇催化羰基化：一氧化碳与醇反应可以制羧酸，如甲醇催化羰基化制乙酸：CO+CH3OH→CH3COOH。采用不同催化剂，反应条件不相同：巴斯夫（BASF）工艺用碘改性的钴催化剂，相应的反应温度为250℃、压力为68 MPa，乙酸的选择性以甲醇计算为90%，以一氧化碳计算为70%；孟山都（Monsanto）工艺用铑-碘催化剂（Rh/I2），相应的反应温度为150～250℃、压力为1～4 MPa，乙酸的选择性以甲醇计算为99%，以一氧化碳计算为90%。
②强碱催化羰基化：以强碱（NaOH）催化，在温度为170～190℃、压力为1～2 MPa的条件下，一氧化碳与甲醇反应生成甲酸甲酯：CO + CH3OH → HCOOCH3。
③氧化羰基化：在温度为90℃、压力约为10 MPa、有氧参反应与时，一氧化碳可以和甲醇反应生成碳酸二甲酯或草酸二甲酯：2CO + 4CH3OH+ O2→ 2(CH3O)2CO + 2H2O或4CO + 4CH3OH+ O2→ 2CH3O-CO-CO-OCH3 + 2H2O。若选用氯化亚铜催化剂，则生成碳酸酯；若选用氯化钯和氯化铜的混合物作催化剂，则生成草酸酯。
④醇的同系化反应：一氧化碳和醇在有氢气存在的情况下反应而生成高一级的醇。如以羰基钴作催化剂，在温度为200℃、压力为30 MPa的条件下，一氧化碳和甲醇、氢气反应生成乙醇：CO + CH3OH+ 2H2→ CH3CH2OH + H2O。
（2）与不饱和烃反应羰基
①雷佩（Reppe）反应（氢羧基化反应）：一氧化碳与不饱和烃、水的羰基化反应。如以钴或铑作催化剂，在温度为175～195℃、压力为3～7 MPa的条件下，一氧化碳与乙烯、水反应生成丙酸：CO + H2C=CH2 +H2O → CH3CH2COOH。
②氢酯基化反应：一氧化碳与不饱和烃、醇的羰基化反应。如以羰络镍作催化剂，一氧化碳与乙炔、甲醇可以在接近常温常压的条件下反应生成丙烯酸甲酯：CO + HC≡CH+ CH3OH → H2C=CHCOOCH3。
③氧化羰基化：一氧化碳与不饱和烃、氧气反应生成羧酸或酯。如以氯化钯或氯化铑作催化剂，在温度为110℃、压力为10 MPa的条件下，一氧化碳与乙烯、氧气反应生成丙烯酸：2CO + 2H2C=CH2+O2→ 2H2C=CH-COOH。
（3）其他反应
除了与醇和不饱和烃反应外，一氧化碳还可以与醛、醚、酯、胺、卤代烃、芳香烃及其衍生物反应。如：
①以氢氟酸作催化剂，在温度为常温、压力为7 MPa的条件下，一氧化碳与甲醛、水反应生成乙醇酸：CO + HCHO+ H2O→ HOCH2COOH。
②同系化反应：以钯和铑的碘化物作催化剂，在温度为135～160℃、压力为30 MPa的条件下，一氧化碳和氢气的混合气体与乙酸甲酯反应而生成亚乙基二乙酸酯：2CO + 2CH3COOCH3+ H2→ CH3CH(OOCCH3)2 +CH3COOH。
③以甲醇钠作催化剂，在温度为60～130℃、压力为0.5～0.9 MPa的条件下，一氧化碳与二甲胺在溶液中反应生成二甲基甲酰胺（DMF）：CO + (CH3)2NH→ (CH3)2NCHO。
④加特曼-科赫反应：在氯化亚铜和氯化铝的作用下，芳香烃可与一氧化碳和干燥的氯化氢反应而生成相应的芳香甲醛。如苯可与一氧化碳和干燥的氯化氢反应而生成苯甲醛：Ph + CO +HCl → Ph-CHO + HCl。（Ph表示苯基）
7．与金属氧化物反应
高温下，一氧化碳能将许多金属氧化物还原成金属单质，如：
①将黑色的氧化铜还原成红色的金属铜：
；
②将氧化锌还原成金属锌：
；
③在炼铁炉中可发生多步还原反应：
总的化学反应方程式为： 
。
8．与五氧化二碘
在65～70℃间，一氧化碳能与五氧化二碘（I2O5）反应生成碘单质（I2）：
。（可据此定量鉴定一氧化碳）
9．与氯气反应
以活性炭作催化剂，在正压力和500 K温度下，等摩尔的一氧化碳和氯气混合，可以反应生成碳酰氯（俗称“光气”）： 
。
10．与氯化钯反应
常温下，一氧化碳可以将氯化钯溶液中氯化钯（PdCl2）的还原成金属钯：
。（常用来检测一氧化碳的存在）
