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二氧化碳物理性质

二氧化碳（CO2）相关物理性质

[概要]：

二氧化碳（CO2）相关物理性质

英文名称CARBONDIOXIDE

又名碳酸气

二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。

17世纪初，比利时化学家J.B.Van.Helmont（1577～1644）在检测木炭燃烧和发酵过程的副产气时，发现CO2是一种与其他气体不同的气体。

1757年，J.Black第一个应用定量的方法研究这种气体，由于它是固定在石灰石中的，所以定名他为“固定空气”。

此后，H.Cavendish和J.Priestley分别研究了“固定空气”的性质。

1773年，A.L.Lavoisier把碳放在氧气中加热，得到被它称为“碳酸”的CO2气体，测出质量组成为23.5~28.9%,杨71.1~76。

5%。

1823年，M.Faraday发现。

加压可以使CO2气体液化。

1835年，M.Thilorier制得固态CO2（干冰）。

1884年，在德国建成第一家生产液态CO2的工厂。

在自然界，CO2时最丰富的化学物质之一，为大气的一部分，也包含在某些天然气或油田伴生气中何以碳酸盐形成的矿石中。

大气里含CO2位0.03~0.04%（体积），总量约2.75×1012t,主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。

在国民经济各部门，CO2有着十分广泛的用途。

工业CO2主要是从合成氨、氢气生产过程中的原料气、发酵气、石灰窑气、酸中和气、乙烯氧化副反应气和烟道气等气体中提取和回收，其纯度不低于99.5%（体积）。

一、分子特性[1-3] 见表1

表1

性 质

数 值

性 质

数 值

分子式

结构式

相对分子质量

离解常数

键长，pm

键能，kJ/mol

CO2

O=C=O

44.010

3.5×10-7（18℃）

4.4×10-11（25℃）

116

531.4

电离能，kJ/mol

分子直径，nm

摩尔体积（0℃，0.10Mpa）,L

生成自由能，kJ/mol

通用气体常数（R），MPa·m3/（kmol·K）

1330.5

0.35～0.51

22.26

-394.6

0.008314

二、物理性质、热力学性质

（一）特性参数[1-3] 见表2

表2

性 质

数 值

性 质

数 值

熔点，℃

沸点，℃

相对密度（空气=1）

比容,m3/kg

绝热系数（K）

-56.6（527Kpa）

-78.5（升华）

1.524（0℃,1atm）

1.522（21.1℃,1atm）

0.5059（0℃,1atm）

0.5457（21.1℃,1atm）

1.295

临界点：

温度，℃

临界压力，MPa

临界密度,kg/m3

气体密度，kg/m3

1m3气体生成液体体积，L

31.06

7.382

467

1.977（0℃,1atm）

1.833（21.1℃,1atm）

1.56（288K,0.101MPa）

表3 临界状态和标准状态下的部分参数[7]

临界状态（31.06℃,7.382Mpa）

标准状态（0℃,1atm）

性 质

数 值

性 质

数 值

压缩系数

偏差系数

偏心因子

流体粘度，mPa·s

0.315

0.274

0.225

0.0404

流体粘度，mPa·s

定压比热，KJ/（Kg·K）

定容比热，KJ/（Kg·K）

0.0138

0.85

0.661

表4 二氧化碳的亨利系数值[7]

温度，℃

数值，10-6mmHg

温度，℃

数值，10-6mmHg

40

50

1.77

1.95

50

60

2.15

2.59

注：

1mmHg=133.3Pa.

表5  二氧化碳的压缩系数[4]

压力

MPa

温          度 ℃

0

20

40

60

80

100

0.1013

5.0662

7.5994

10.1325

12.666

15.199

17.7319

20.2650

22.7981

25.3312

27.8644

30.3975

35.4638

40.5300

45.5962

50.6625

1.0000

0.1050

0.1530

0.2020

0.2490

0.2950

0.3405

0.3850

0.4305

0.4740

0.5170

0.5595

0.6445

0.7280

0.8090

0.8905

-

0.6336

0.1677

0.2130

0.2590

0.3038

0.3471

0.3904

0.4337

0.4752

0.5167

0.5577

0.6383

0.7184

0.7967

0.8740

-

0.7414

0.5408

0.2695

0.2922

0.3288

0.3677

0.4078

0.4475

0.4867

0.5268

0.5657

0.6424

0.7179

0.7916

0.8635

-

0.8068

0.6895

0.5420

0.4182

0.3976

0.4145

0.4448

0.4776

0.5124

0.5473

0.5821

0.6543

0.7248

0.7945

0.8642

-

0.8477

0.7642

0.6749

0.5871

0.5260

0.5039

0.5105

0.5271

0.5519

0.5813

0.6110

0.6749

0.7394

0.8044

0.8694

-

0.8832

0.8184

0.7540

0.6932

0.6427

0.6090

0.5962

0.5984

0.6116

0.6295

0.6515

0.7038

0.7602

0.8191

0.8788

表6 液体二氧化碳密度-温度对照表[1-3]

温度℃

密度kg／m3

温度℃

密度kg／m3

31.0

30.0

27.5

25.0

22.5

20.0

17.5

15.0

12.5

10.0

7.5

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

-7.5

-10.0

463.9

596.4

661.0

705.8

741.2

770.7

795.5

817.0

838.5

858.0

876.0

893.1

910.0

924.0

940.0

953.0

968.0

980.8

-12.5

-15.0

-17.5

-20.0

-22.5

-25.0

-27.5

-30.0

-32.5

-35.0

-37.5

-40.0

-42.5

-45.0

-47.5

-50.0

-55.0

993.8

1008.1

1018.5

1029.9

1041.7

1052.6

1063.6

1074.2

1084.5

1094.9

1105.0

1115.0

1125.0

1134.5

1144.4

1153.5

1172.1

表7 固体二氧化碳温度－密度对照表[4]

温度℃

密度kg／m3

温度℃

密度kg／m3

-56.6

-60

-65

-70

1512

1522

1535

1546

-75

-80

-85

-90

1557

1566

1575

1782

表8 二氧化碳的粘度（0.101325MPa,u×106）[4]

温度℃

粘度Pa·s

温度℃

粘度Pa·s

-100

-75

-50

-25

0

20

25

8.86

10.07

11.26

12.47

13.67

14.63

14.86

50

75

100

150

200

250

300

16.07

17.16

18.27

20.45

22.54

24.56

26.46

表9 液体二氧化碳的粘度（η×106）[4]

温度℃

粘度Pa·s

温度℃

粘度Pa·s

0

5

10

15

99

92.5

85.2

78.4

20

25

29

30

71.2

62.5

53.9

53.0

表10 二氧化碳在不同压力和温度下的粘度

（u×106,u=ut+5.25×10-3ρ1.7,密度≤0.63×103kg/m3）

压力

MPa

温          度 ℃

0

10

20

30

40

50

60

80

100

125

150

200

0.101

2.026

4.053

6.080

8.106

10.132

12.159

14.186

16.212

18.238

20.265

25.331

30.398

14.0

14.3

14.4

14.7

15.7

14.8

15.1

15.9

15.2

15.5

16.2

18.5

15.7

15.9

16.6

18.3

24.2

45.1

16.1

16.3

16.9

18.2

21.2

29.7

42.1

16.5

16.7

17.3

18.4

20.5

24.5

28.6

36.6

44.4

17.4

17.6

18.0

18.9

20.3

22.3

24.7

29.9

34.9

38.6

44.0

18.3

18.5

18.8

19.6

20.6

22.0

24.1

26.8

29.8

33.2

36.8

44.6

52.9

19.4

19.2

19.6

20.2

21.0

22.0

23.4

25.0

27.1

29.2

31.8

38.1

43.8

20.4

20.0

20.3

20.8

21.5

22.3

23.4

24.6

27.6

27.7

29.5

34.4

39.3

22.4

22.5

22.7

23.1

23.6

24.2

24.9

25.7

26.7

27.6

28.8

31.9

35.2

（二）相变[1-3] 见表Ⅱ.2.10-9

表11

性 质

数 值

性 质

数 值

三相点：

温度，℃

压力，Mpa

汽化热，kJ/kg

熔化热，kJ/kg

-56.57

0.518

347

195.82

升华状态：

温度，℃

升华热，kJ/Kg

固态密度，kg/m3

气态密度，kg/m3

0.      101Mpa

-78.5

573.6

1562

2.814

表12 二氧化碳在不同温度下的汽化热[4]

温度℃

汽化热kJ/kg

温度℃

汽化热kJ/kg

-56.57

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

347.77

345.18

337.06

328.82

320.41

311.75

302.80

293.63

283.63

270.04

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

31

261.54

248.95

234.85

219.03

201.21

180.20

155.23

119.37

62.97

0.00

表13 液体二氧化碳饱和蒸汽压

温度℃

饱和蒸汽压KPa

温度℃

饱和蒸汽压KPa

温度℃

饱和蒸汽压KPa

温度℃

饱和蒸汽压KPa

-59

-58

-57

-56

-55

-54

-53

-52

-51

-50

-49

-48

-47

-46

-45

-44

-43

-42

-41

-40

-39

-38

-37

465.96

487.15

509.05

531.67

555.05

579.19

604.10

629.80

656.30

695.65

711.8

740.9

770.7

801.5

833.3

865.8

899.4

933.9

969.4

1005.9

1043.4

1081.9

1121.5

-36

-35

-34

-33

-32

-31

-30

-29

-28

-27

-26

-25

-24

-23

-22

-21

-20

-19

-18

-17

-16

-15

-14

1162.0

1203.8

1246.6

1290.4

1335.5

1381.6

1428.9

1477.5

1527.2

1578.3

1630.4

1683.9

1738.5

1794.6

1852.0

1910.6

1970.6

2032.0

2094.8

2159.0

2224.6

2291.7

2360.2

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2430.2

2501.7

2574.7

2649.4

2725.5

2803.2

2882.7

2963.6

3046.3

3130.7

3216.7

3304.5

3394.0

3485.3

3578.4

3673.3

3769.9

3868.6

3969.1

4071.5

4176.0

4282.4

4390.8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

4501.4

4613.9

4728.5

4845.3

4964.4

5085.7

5209.3

5335.1

5463.5

5549.2

5727.4

5863.1

6001.4

6142.4

6286.1

6432.8

6582.1

6734.6

6890.1

7048.9

7210.9

7376.3

（三）工程量值[1-3] 见表14

表14

性 质

数 值

性 质

数 值

气体粘度，mPa·s

表面张力，mN/m

比热容，kJ/（kg·K）

Cp

Cv

0.0138（0℃,0.101MPa）

9.13（-25℃）

（0℃,0.101MPa）

0.845

0.651

热导率

折射率

52.75（0℃,

0.101Mpa）/[W/（m·K）]

1.0004506（0℃,

0.101MPa,λ=546.1）

表15 二氧化碳在0.101325MPa下的导热系数

温度℃

导热系数mW/（m·K）

温度℃

导热系数mW/（m·K）

-78.5

-50.5

10.7

11.8

0

13.9-14.4

表16 二氧化碳在不同温度极压力下的导热系数[mW/（m·K）]

温度℃

压     力MPa

0.1013

3.040

5.066

7.093

10.132

15.199

20.265

-75

-50

0

10

20.

30

40

50

100

150

200

250

300

8.7

10.7

14.5

15.4

16.0

16.9

17.7

18.5

22.3

26.3

30.1

34.0

37.9

-

-

18.3

18.8

19.3

19.9

20.4

20.9

24.3

27.9

31.5

35.1

39.0

-

-

-

-

24.1

24.0

23.8

24.0

26.3

29.4

32.8

36.3

39.8

-

-

-

-

-

31.5

30.0

29.0

29.0

31.4

34.4

37.7

40.9

-

-

110.1

104.0

97.0

87.0

68.6

44.7

33.8

34.5

36.9

39.5

42.7

-

-

112.8

107.7

102.2

95.8

88.5

79.8

45.7

44.0

41.9

43.7

46.3

-

-

115.1

110.8

106.4

101.2

95.9

89.9

59.9

49.4

47.3

48.1

49.8

（四）热力学参数[1-3] 见表17 

表17

性 质

数 值

性 质

数 值

气体粘度，mPa·s

表面张力，mN/m

比热容，kJ/（kg·K）

Cp

Cv

0.0138（0℃,0.101MPa）

9.13（-25℃）

（0℃,0.101MPa）

0.845

0.651

热导率

折射率

52.75（0℃,

0.101Mpa）/[W/（m·K）]

1.0004506（0℃,

0.101MPa,λ=546.1）

表18 气体二氧化碳的热容（KJ/Kmol·℃）

压力

Pa

温   度

0

25

50

100

200

300

1.013×105

5.066×105

1.013×106

2.533×106

5.066×106

1.013×107

2.027×107

3.040×107

4.053×107

5.066×107

6.080×107

8.108×107

1.013×108

36.781

39.546

43.301

－

103.633

94.248

89.286

84.504

79.902

76.048

74.021

72.184

71.445

37.600

39.546

42.122

52.046

－

－

106.039

95.635

90.125

85.892

83.865

81.658

80.731

38.628

39.904

41.753

48.182

61.062

－

120.606

99.690

91.223

86.261

83.136

77.981

74.860

40.276

41.014

41.992

45.274

51.497

71.545

93.430

84.235

78.533

74.121

70.447

65.295

63.818

43.720

44.030

44.389

45.467

47.364

52.026

61.441

67.092

67.841

67.002

66.123

64.956

64,206

46.515

46.695

46.904

47.564

48.652

51.118

55.381

58.855

61.441

62.739

63.118

62.892

62.739

（五）溶解度

表19 CO2在水中的溶解度对照表

温度℃

a×102

mL/mL

q×102

g/100g

温度℃

a×102

mL/mL

q×102

g/100g

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

171.3

164.6

158.4

152.7

147.3

142.4

137.7

133.1

128.2

123.7

119.4

115.4

111.7

108.3

105.0

101.9

98.5

95.6

33.46

32.13

30.91

29.78

28.71

27.74

26.81

25.89

24.92

24.03

23.18

22.39

21.65

20.98

20.32

19.70

19.03

18.45

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

35

40

45

50

60

92.8

90.2

87.8

85.4

82.9

80.4

78.1

75.9

73.8

71.8

69.9

68.2

66.5

59.2

53.0

47.9

43.6

35.9

17.89

17.37

16.88

16.40

15.90

15.40

14.93

14.49

14.06

13.66

13.27

12.92

12.57

11.05

9.73

8.60

7.61

5.76

说明

a:

为实验测量溶解于1mL水中的气体标准状态（0℃，0.101MPa）体积（mL）

q:

为当气体压强于水蒸气压强之和为0.101MPa时,溶解于100g水中的气体质量（g）

表20 CO2在某些溶剂中的溶解度，ml/g（STP）

溶剂

温度，℃

-80

-60

-40

-20

0

10

20

30

40

甲醇

乙醇

苯

甲苯

二甲苯

乙醚

醋酸甲酯

丙酮

220

100

21

300

350

460

66

40.4

8.7

7.8

90

101

127

24.5

28

4.4

4.9

36

41

50

11.4

3.0

2.6

17.5

20.5

24

6.3

5.3

3.5

1.9

9.6

11.5

13

5.0

4.3

2.9

3.4

7.8

9.2

10.5

4.1

3.6

2.71

3.0

2.31

6.3

7.4

8.2

3.6

3.2

2.59

2.8

6.0

6.6

3.2

5.4