第二单元  我们周围的空气

课题1  空  气

一、空气成分的研究史

1、18世纪70年代，瑞典科学家舍勒和英国的科学家化学家普利斯特里，分别发现并制得了氧气。

2、法国科学家拉瓦锡最早运用天平作为研究化学的工具，用定量的方法研究了空气的成分，第一次明确提出了“空气是由氧气和氮气组成的”。其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。

二、空气中氧气成分的测定：

1、装置图（见书P27）

2、实验现象：A、红磷燃烧发出黄白色火焰，放出热量，冒出白色浓烟

B、（过一会儿白烟消失，装置冷却到室温后打开弹簧夹）烧杯内的水倒流入集气瓶，约占瓶子容积的1/5。

3、实验结论：说明空气不是单一的物质；氧气约占空气总体积的1/5。

点燃

4、原理:表达式：磷（P） + 氧气（O2）            五氧化二磷（P2O5）

化学方程式： 4P + 5O2 2P2O5

5、注意事项：A、所用的红磷必须过量，过少则氧气没有全部消耗完

B、要等集气瓶（装置）冷却后才能打开弹簧夹，

C、装置的气密性要好，（否则测量结果偏小），

D、要先夹住橡皮管，然后再点红磷（否则测量结果偏大）。

思考：可否换用木炭、硫磺等物质？如能，应怎样操作？

答：不能用木炭或蜡烛（燃烧产生了气体，瓶内体积变化小），不能用铁（铁在空气中不能燃烧）

6、实际在实验中测得的结果比真实值小，其原因可能是A红磷量不足；B装置气密性差；C未冷却至室温就打开止水夹；D、没有预先在导管中装满水

三、空气的主要成分（按体积分数）：氮气（N2）78%，氧气（O2）21%（氮气比氧气约为4：1），稀有气体0.94%，二氧化碳（CO2）0.03%，其它气体和杂质0.03%。空气的成分以氮气和氧气为主，属于混合物。

空气成分

氮气

氧气

稀有气体

二氧化碳

其他气体和杂质

体积分数

78%

21%

0.94%

0.03%

0.03%

空气成分口诀:氮七八氧二一，零点九四是稀气；零点零三有两个，二氧化碳和杂气

四、物质的分类：纯净物和混合物

1、纯净物：由一种物质组成的，“纯净”是相对的，绝对纯净的物质是没有的，只要杂质含量低，不至于对生产和科学研究产生影响的物质就是纯净物。

2、混合物：两种或多种物质组成的，这些物质相互间没有发生化学反应，各物质都保持各自的性质。

注意：划分纯净物、混合物的标准是根据物质的种类来划分的。只含一种物质的就属于纯净物，含有几种物质的就属于混合物，

五、空气是一种宝贵的资源

1、氮气：无色、无味的气体，不溶于水，不燃烧也不支持燃烧，不能供给呼吸，化学性质不活泼。

2、稀有气体：无色、无味的气体，通电时能发出不同颜色的光，化学性质很不活泼。

氧气

①动植物呼吸②医疗急救③金属切割④炼钢⑤宇宙航行等

氮气

①超导实验车②化工原料③作保护气④食品充氮作防腐剂等

稀有气体

①作保护气②制多种用途的电光源③激光技术④液氦冷冻机等

六、空气的污染及防治。

1、 造成空气污染的物质：有害气体（一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2））和烟尘。

2、污染来源：空气中的有害物质来自化石燃料的燃烧，石油化工厂排放的废气及汽车排放的尾气。

3、被污染的空气带来的危害：损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡。

存在的环境问题：温室效应（二氧化碳含量过多引起）、臭氧空洞（飞机的尾气、氟里昂的排放）、酸雨（由二氧化硫、二氧化氮引起）。

4、防止空气污染的措施：加强大气质量监测,改善环境状态、植树造林、使用清洁能源。

5、目前空气污染指数包括：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入颗粒物、臭氧。

七、未来化学将朝着“绿色化学”——“绿色消毁”和“绿色生产”的方向发展。核心是利用化学原理从源头消除污染。特点：①充分利用资源和能源，原料无毒无害②减少向环境排放废物③原料中的原子全部被消纳，实现零排放（在化合反应中体现）④生产出环境友好产品。见教材P32。

课题2  氧气

一、氧气的物理性质

1、色、味、态：通常情况下，是无色无味的气体；

2、密度：标准状况下，密度为1.429g/L，略大于空气。（可用向上排空法）

3、溶解性：氧气不易溶于水。（可用排水法收集），

4、三态变化：降温后，氧气可以变为淡蓝色的液体，甚至淡蓝色雪花状固体。

二、氧气的化学性质

（一）与非金属（碳、硫、磷）的反应

1、木炭（黑色固体）燃烧

实验现象：在氧气中：剧烈燃烧，发出白光，放出热量，生成一种无色无味气体，该气体能使澄清石灰水变浑浊。

文字表达式：碳（C）+ 氧气（O2） 点燃

二氧化碳（CO2）

化学方程式   C + O2        CO2

做木炭燃烧实验时，燃烧匙应慢慢从瓶口向瓶底伸入（充分利用瓶内的氧气）。

2、硫粉（淡黄色）燃烧：

实验现象：在空气中：发出微弱的淡蓝色火焰；放出热量、生成一种带有刺激性气味的气体。

在氧气中: 发出明亮的蓝紫色的火焰, 放出热量、生成一种带有刺激性气味的气体。

文字表达式  硫（S） + 氧气（O2） 点燃

二氧化硫（SO2）

化学方程式  S + O2        SO2

实验时，要在瓶底装少量水（吸收二氧化硫，防止污染空气）。

3、红磷（暗红色固体）的燃烧

实验现象：在空气中：发出黄白色火焰，放出热量，生成大量白烟

在氧气中：剧烈燃烧，发出白光，放出热量，生成大量的白烟

文字表达式：磷（P）+ 氧气（O2） 点燃

五氧化二磷（P2O5）

化学方程式：4P + 5O2      2P2O5

注意：五氧化二磷（P2O5）是固体，不是气体

（二）与金属（镁、铁）的反应

1、镁带（银白色固体）在空气中燃烧

实验现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成白色粉末状固体。

文字表达式：镁（Mg）+ 氧气（O2） 点燃

氧化镁（MgO）

化学方程式：2Mg + O2      2MgO

2铁丝（银白色固体）在氧气中燃烧

实验现象：剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体。

文字表达式：铁（Fe） + 氧气（O2） 点燃

四氧化三铁（Fe3O4）

化学方程式：3Fe + 2O2 Fe3O4

注意：集气瓶底部铺少量的细沙或加少量的水，防止生成的固体物质溅落瓶底，致使集气瓶炸裂。铁丝在空气中不能燃烧

（三）与某些化合物（蜡烛、甲烷）的反应——产物均为：二氧化碳和水

实验现象：比空气中燃烧剧烈，发出白光，集气瓶内壁出现水珠，有使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体产生。

文字表达式：石蜡+ 氧气（O2） 点燃

二氧化碳（CO2）+ 水（H2O）

空气中燃烧情况：燃烧产生黄色火焰，放热，稍有黑烟。

（四）其他物质与氧气的反应

某些物质在一些条件下，与氧气发生缓慢的氧化反应，成为缓慢氧化。缓慢氧化也放热。

如：动植物新陈代谢，金属的锈蚀，食物的腐烂、酒醋的酿造、农家肥的腐熟等等。

总结：

1、氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在一定的条件下，能与许多物质发生反应并放出大量的热。在这些反应中，氧气提供氧，称为氧化反应。氧气便是常见的氧化剂；具有氧化性。

2、物质在纯氧气中燃烧程度比空气中燃烧要剧烈。说明物质燃烧程度，与氧气的浓度大小成正比；

3、物质燃烧时有的有火焰，有的会发光，有的会冒烟。一般来说，气体燃烧会有火焰产生，固体直接燃烧，产生光或者火星。生成物有固体，一般都会产生烟，即固体小颗粒；

4、物质与氧气反应不一定是燃烧现象，如缓慢氧化。

三、氧气的用途

（1）、供给呼吸：医疗上急救病人，登山、潜水、航空、宇航提供呼吸；

（2）、支持燃烧：炼钢、气焊与气接、液氧炸弹、火箭助燃剂

四、反应类型：

①：化合反应：由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应。

可表示为：A＋B＋…… → E （简称“多合一”）

②：分解反应：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。

可表示为：AB→A＋B＋……。（简称：“一变多”）

③：氧化反应：物质与氧发生的化学反应。有氧气参加的反应一定属于氧化反应。氧化反应不一定是化合反应（石蜡的燃烧生成了水和二氧化碳两种物质），化合反应不一定是氧化反应。

课题3     实验室制取氧气

一、工业制法（分离液态空气法）

空 气

降温加压

液态空气

蒸发

液态氧

氮气

沸点低（—196℃），先蒸发出来

装入天蓝色钢瓶中

沸点较高（—183℃）

原理：利用液态氧和液态氮的沸点不同。——物理变化（蒸馏）

（1）具体过程

（2）注意：该过程是物理变化

二、氧气的实验室制法（化学变化）

1、双氧水（过氧化氢）制取氧气

A、药品：过氧化氢（H2O2）和二氧化锰（黑色粉末 MnO2）

B实验原理：

表达式：过氧化氢（H2O2） MnO2

水（H2O） + 氧气（O2）

化学方程式：  2H2O2  MnO2  2H2O+ O2 ↑

注：MnO2在该反应中是催化剂，起催化作用

C、装置： 固体与液体反应，不需加热（双氧水的为一类）

注意事项：

①、分液漏斗可以用长颈漏斗代替，但其下端应该伸入液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗中逸出；

②、导管只需略微伸入试管塞

③、气密性检查：用止水夹关闭，打开分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持续下降，就说明气密性良好。

④、装药品时，先装固体后装液体

⑤、该装置的优点：可以控制反应的开始与结束，可以随时添加液体。

D、步骤：连、查、装（二氧化锰）、定、倒（过氧化氢溶液）、收

2、用高锰酸钾、氯酸钾制取氧气

A、药品：、高锰酸钾（暗紫色固体）、氯酸钾（白色固体）与二氧化锰（黑色粉末）

B、原理：

①加热氯酸钾（有少量的二氧化锰）：

表达式：氯酸钾（KClO3） MnO2

△

氯化钾（KCl） + 氧气（O2）

方程式：2KClO3 2KCl + 3O2 ↑

注意：MnO2在该反应中是催化剂，起催化作用

② 加热高锰酸钾：

表达式：高锰酸钾（KMnO4） 锰酸钾（K2MnO4）+ 二氧化锰（MnO2）+ 氧气（O2）

方程式：2KMnO4        K2MnO4 + MnO2 + O2↑

C、装置：加热固体制气体（加热氯酸钾的为一类）

D、操作步骤：（连）查、装、定、点、收、离、熄。

① 连接装置：先下后上，从左到右的顺序。

② 检查装置的气密性 ：将导管的一端浸入水槽中，用手紧握试管外壁，若水中导管口有气泡冒出，证明装置不漏气。松开手后，导管口出现一段水柱。

③ 装入药品：按粉末状固体取用的方法（药匙或纸槽）

④固定装置 ：固定试管时，试管口应略向下倾斜；铁夹应夹在试管的中上部

⑤加热药品：先使试管均匀受热，后在反应物部位用酒精灯外焰由前向后加热。

⑥收集气体：

a、若用排水集气法收集气体，当气泡均匀冒出时再收集，刚排出的是空气；水排完后，应用玻璃片盖住瓶口，小心地移出水槽，正放在桌面上(密度比空气大)（防止气体逸出）

b、用向上排空法。收集时导管应伸入集气瓶底部（为了排尽瓶内空气）

用排水法收集时，导管放在集气瓶口

⑦先将导管移出水面

⑧再停止加热

E、易错事项：

a). 试管口要略微向下倾斜：防止生成的水回流,使试管底部破裂。药品应平铺在试管底部

b). 导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞：有利于产生的气体排出。

c). 用高锰酸钾制取氧气时，试管口塞一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导气管，污染制取的气体和水槽中的水。

d). 排气法收集气体时，导气管要伸入接近集气瓶底部：有利于集气瓶内空气排出，使收集的气体更纯。

e). 实验结束后，先将导气管移出水面,然后熄灭酒精灯：防止水槽中的水倒流，炸裂试管。

F、收集方法：

① 排水法（不易溶于水）

② 向上排空法（密度比空气大）

G、检验、验满

检验：用带火星的木条伸入集气瓶内，发现木条复燃，说明是氧气；

验满：用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。

三、催化剂：

1、  概念：在化学反应中能改变其他物质的反应速率（加快或变慢），但本身的化学性质和质量在反应前后没有发生变化的物质。

2、  特点：两不变（质量、化学性质）、一改变（反应速率）

注意：①催化剂不能改变生成物的质量，不能决定反应的进行

②催化剂不是反应物、又不是生成物

③催化剂仅针对某一反应，并不是所有反应的催化剂

④某一反应的催化剂可能不只一种

3、二氧化锰在一些反应中不只作催化剂，催化剂不一定就只有二氧化锰。(在过氧化氢溶液制取氧气中，催化剂可以用硫酸铜溶液、氧化铁、氧化铜、红砖粉末)。在氯酸钾制取氧气中，二氧化锰的质量和化学性质不变，但质量分数变大。

四、分解反应：

1、概念：由一种物质反应生成两种及以上物质的反应

2、特点：一变多