第四單元 我們周圍的空氣

1.第一個對空氣組成進行探究的化學家：拉瓦錫（第一個用天平進行定量分析）。

2.空氣的成分和組成

空氣成分： O₂ N₂ CO₂ 稀有氣體 其它氣體和雜質

體積分數：21% 78% 0.03% 0.94% 0.03%

3.空氣中氧氣含量的測定

（1）加熱銅粉

a.實驗原理：在密閉容器中加熱銅粉，銅粉能跟空氣中氧氣反應生成黑色的氧化銅，文字表達式為：銅 氧氣 氧化銅 2Cu O₂ ==2CuO 消耗了容器内的氧氣，不産生其他氣體，容器内減少的氣體體積就是氧氣的體積。

b.實驗步驟：将一支硬質玻璃管注滿水（兩端用橡皮塞封住）。然後打開上端橡皮塞，将水倒入量筒中，記錄體積；在另一支幹燥的硬質玻璃管中裝入銅粉，兩端塞上帶玻璃導管的橡皮塞，其中一端用氣球密封；移動注射器活塞，在注射器中留下一定體積的氣體，記錄體積後與硬質玻璃管另一端密封連接；根據酒精燈的高度，将玻璃固定在鐵架台上；.用酒精燈在銅粉部位加熱，加熱時不斷推拉注射器（使管中氧氣與銅粉充分反應）；停止加熱後，待玻璃管冷卻至室溫，将氣球内的氣體全部擠出，待注射器活塞穩定後，記錄注射器中氣體的體積。

c.實驗現象：銅粉加熱後變成黑色；冷卻至室溫後，密閉容器内氣體的體積減小。

d.實驗結論：空氣是混合物，氧氣約占空氣總體積的1/5。

e.注意：①銅粉要足量；②裝置必須密封；③加熱時溫度要高一些，時間要稍長一些（使氧氣與銅粉充分反應）；④加熱時要不斷推拉注射器（使管中氧氣與銅粉充分反應）；⑤冷卻至室溫後，将氣球内的氣體全部擠入注射器内。

f.誤差分析：①氧氣含量大于1/5的原因可能是1.銅粉不足或者反應時間不夠，氧氣不能被完全消耗；2.實驗裝置氣密性不好；3.未冷卻至室溫；②氧氣含量小于1/5的原因可能是氣球内的氣體沒有完全擠出。

（2）紅磷燃燒

a.實驗原理與（1）相似；紅磷 氧氣 ——五氧化二磷

b.實驗裝置與步驟：

①檢查裝置的氣密性；②點燃燃燒匙内的紅磷， 立即伸入集氣瓶中，并塞緊橡膠塞。③待紅磷熄滅并冷卻後，打開彈簧夾。

c.實驗現象：有大量白煙産生，放熱，廣口瓶内液面上升約1/5體積。

d.實驗結論：空氣是混合物，氧氣約占空氣總體積的1/5，支持燃燒；

e.分析與探究： ①液面上升小于1/5的原因：裝置漏氣，紅磷量不足，未冷卻完全。

②能否用鐵、鋁代替紅磷？不能 原因：鐵、鋁不能在空氣中燃燒。

③能否用碳、硫代替紅磷？不能 原因：産物是氣體。

f. 誤差分析：測量結果偏小的原因，①裝置漏氣；②紅磷用量不足；③未冷卻就打開彈簧夾。測量結果偏大的原因：①彈簧夾沒有夾緊；②燃燒匙伸入太慢。【推測】：①氮氣難溶于水；②氮氣不能燃燒也不支持燃燒。

4.氧氣：無色無味、不易容于水、密度比空氣大、化學性質較為活潑，供生物呼吸，支持燃燒。可用于鋼鐵冶煉和金屬焊接。

5.氮氣是工業上生産硝酸（HNO₃）和氮肥（如碳酸氫铵（NH₄HCO₃）、尿素（［CO(NH₂)₂］）

重要原料；氮氣可延長食品的保質期（N₂的化學性質不活潑）；液态氮氣是很好的制冷劑（汽化時會吸收大量的熱）。

6.稀有氣體（惰性氣體）可用作工業生産和科學實驗中的保護氣體；制作多用途電光源。

7.空氣的污染及防治：對空氣造成污染的主要是有害氣體（一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）、氮的氧化物（NO、NO₂））和煙塵等。目前計入空氣污染指數的項目為CO、SO₂、NO₂、NO、臭氧（O₃）和可吸入顆粒物（PM2.5即直徑不超過2.5μm的可吸入顆粒）等。

8.空氣污染的危害、保護：

危害：嚴重損害人體健康,影響作物生長，破壞生态平衡，全球氣候變暖，臭氧空洞和酸雨等。

保護：加強大氣質量監測，改善環境狀況，使用清潔能源，工廠的廢氣經處理過後才能排放，積極植樹、造林、種草等。

目前環境污染問題：

臭氧層破壞（氟裡昂、氮的氧化物等） 溫室效應（CO₂、CH₄等）

酸雨（NO₂、SO₂等） 白色污染（塑料、垃圾等）

9.化學式：用元素符号和數字表示某種物質（純淨物）組成的式子。一種物質用一個化學式表達，但是一個化學式不一定隻表示一種物質。

10.構成物質的微粒有分子（H₂O）、原子（Cu）、離子（NaCl）。

11.化學式的含義：

H₂O，①表示水這種物質（宏觀）；

②表示水是由氫元素和氧元素組成的（宏觀）；

③表示一個水分子（微觀）；

④表示一個水分子是由一個氧原子和兩個氫原子構成的（微觀）。

Cu，①表示銅這種物質（宏觀）；②表示一個銅原子（微觀）；

NaCl，①表示氯化鈉這種物質（宏觀）；

②表示氯化鈉這種物質是由鈉元素和氯元素組成的（宏觀）；

③表示在氯化鈉晶體中鈉離子與氯離子的比例為1:1（微觀）。

12.化合價：定量描述不同元素的原子之間形成化合物是相互化合的數目比例關系；也可以理解為原子之間相互化合時原子得失電子或者共用電子對偏移的數目。

13.化學中有一些原子是作為一個整體參加化學反應的，我們稱之為原子團，化學上用“根”來命名這些原子集合體：氫氧根（OH）、铵根（NH₄）、碳酸根（CO₃）、亞硫酸根（SO₃）、硫酸根（SO₄）

14.常見元素或根的在化合物中的主要化合價：P83

口訣：一價氫氯鉀鈉銀 二價鈣鎂鋇氧鋅

三鋁四矽五價磷 二三鐵、二四碳

二四六硫都齊全 銅汞二價最常見

15.在化合物中，各元素的正負化合價之和為零。單質中元素的化合價也為零。

16.書寫化學式的規則：正價元素寫在左邊，負價元素寫在右邊；根據元素化合價絕對值的最小公倍數求得元素的原子數（必須是整數）寫在該元素的右下角；讀化學式時從左往右讀。

17.計算組成物質的各種元素的質量比：物質中各元素的質量之比等于一個分子或離子中對應的（相對）原子質量之比。

18.物質中元素的質量分數：元素的質量分數=100 %×

19.物質化學式中各原子的相對原子質量的總和就是該物質的化學式量。如果該物質由分子構成，其化學式量也叫作相對分子質量。

20.氧氣的實驗室制法

一般思路：選擇合适的藥品（藥品要含有所制備氣體的組成元素且原料易得、無毒）和反應條件（簡便，易控制）；選擇合适的裝置（氣體發生裝置和氣體收集裝置），确定操作步驟；評估實驗體系的環保、安全性。（無有害物質排放，無安全隐患）。

實驗裝置的選擇：發生裝置，依據反應物的狀态和反應的條件決定。

①反應物是固體，且需加熱，（固固加熱型）通常用如圖裝置A，

②反應物是固體與液體，且不需要加熱，（固液不加熱型）通常選用如圖裝置B，

收集裝置，依據氣體的溶解性、密度及常溫下是否與空氣成分反應決定。

①排水法（難溶于水且不與水發生反應的氣體）如實驗裝置C，

②排空法 如實驗裝置D、E。

實驗制取氧氣的方法：

①過氧化氫溶液與二氧化錳制取氧氣

藥品：過氧化氫（H₂O₂）和二氧化錳（黑色粉末 MnO₂）

二氧化錳（催化劑）能加快過氧化氫的分解速率，起催化作用。

原理：

實驗裝置：

操作步驟：a.檢查裝置的氣密性；b.向錐形瓶中加入二氧化錳固體；c.塞好帶有分液漏鬥和導管的雙孔塞；d.向分液漏鬥中加入過氧化氫溶液；e.用排水法收集氣體。

檢驗：将帶火星的木條伸入集氣瓶中，如果木條複燃，則證明是氧氣。

驗滿：将帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條複燃，則證明氧氣已集滿。

②加熱高猛酸鉀制取氧氣

藥品：高錳酸鉀（KMnO₄暗紫色固體）

原理：

實驗裝置：

實驗步驟：（連）查、裝、定、點、收、移、熄

a.（查）檢查裝置氣密性。

操作：将導管一端浸入水裡，用手緊握試管外壁，若導管口有氣泡

冒出，松開手後，導管内形成一段穩定的水柱，則說明裝置不漏氣。

b.（裝）裝藥品,(放棉花的作用：防止加熱時高錳酸鉀粉末進入導管)，塞上帶導管的橡膠塞。

c.（定）固定試管在鐵架台上。(試管口要略向下傾斜的原因：防止冷凝水回流到熱的試管底部，使試管炸裂)

d.（點）點燃酒精燈加熱（操作：先預熱，用酒精燈火焰在試管下方來回移動，再把外焰集中在藥品的部位加熱）

e.（收）收集氣體。（當氣泡連續均勻地冒出時才收集的原因：剛冒出的氣泡是空氣，若收集則氣體不純）

f.（移）先将導管移出水面。(原因：防止水倒吸到試管底部，使熱的試管炸裂)

g.（熄）後熄滅酒精燈。

檢驗：将帶火星的木條伸入集氣瓶中，若木條複燃，則證明該氣體是氧氣。

驗滿：将帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條複燃，則證明氧氣已集滿。

h.注： ①試管口略向下傾斜：防止冷凝水倒流引起試管破裂。

②藥品平鋪在試管的底部：均勻受熱。

③鐵夾夾在離管口約1/3處。

④導管應稍露出橡皮塞：便于氣體排出。

⑤試管口應放一團棉花：防止高錳酸鉀粉末進入導管。

⑥排水法收集時，待氣泡均勻連續冒出時再收集（剛開始排出的是試管中的空氣）

⑦實驗結束時，先移導管再熄滅酒精燈：防止水倒吸引起試管破裂

⑧用排空氣法收集氣體時，導管伸到集氣瓶底部

③加熱氯酸鉀與二氧化錳制取氧氣

藥品：氯酸鉀（KClO₃）和二氧化錳

原理：

步驟和裝置與②相同

催化劑在化學反應中能改變其他物質的反應速率（加快或減慢），而本身的質量和化學性質在反應前後沒有發生變化的物質。

檢驗：将帶火星的木條伸入集氣瓶中，若木條複燃，則證明該氣體是氧氣。

驗滿：将帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條複燃，則證明氧氣已集滿。

20.氧氣與其他物質的反應

物質

現象（條件為點燃）

碳C

在氧氣中發出白光，産生使澄清石灰水變渾濁的氣體。

磷P

産生大量白煙。

硫S

在空氣中發出微弱的淡藍色火焰，而在氧氣中發出明亮的藍紫色火焰，

産生有刺激性氣味的氣體。

鎂Mg

發出耀眼的白光，放出熱量，生成白色固體。

鋁Al

鐵Fe

劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體(Fe₃O₄)。

石蠟

在氧氣中燃燒發出白光，瓶壁上有水珠生成，産生使澄清石灰水變渾濁的氣體。

注：1.鐵、鋁燃燒要在集氣瓶底部放少量水或細砂的目的：

防止濺落的高溫熔化物；2.鐵、鋁在空氣中不可燃燒。

21.氧化反應：物質與氧（氧元素）發生的化學反應。

劇烈氧化：燃燒

緩慢氧化：鐵生鏽、人的呼吸、事物腐爛、酒的釀造

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