中學大課堂初中各科學習必備（海量學習資源）關註

化學大師

✦空氣

一、空氣成分的研究史

1.18世紀70年代，瑞典科學傢舍勒和英國的科學傢化學傢普利斯特裡，分別發現並制得瞭氧氣。

2.法國科學傢拉瓦錫最早運用天平作為研究化學的工具，用定量的方法研究瞭空氣的成分，第一次明確提出瞭“空氣是由氧氣和氮氣組成的”。其中氧氣約占空氣總體積的1/5的結論。

二、空氣中氧氣成分的測定

1.實驗現象：

A.紅磷燃燒發出黃白色火焰，放出熱量，冒出白色濃煙

B.(過一會兒白煙消失，裝置冷卻到室溫後打開彈簧夾)燒杯內的水倒流入集氣瓶，約占瓶子容積的1/5。

2.實驗結論：

說明空氣不是單一的物質；氧氣約占空氣總體積的1/5。

3.原理

4.註意事項：

A.所用的紅磷必須過量，過少則氧氣沒有全部消耗完

B.要等集氣瓶(裝置)冷卻後才能打開彈簧夾，

C.裝置的氣密性要好，(否則測量結果偏小)，

D.要先夾住橡皮管，然後再點紅磷(否則測量結果偏大)。

E.點燃紅磷伸入瓶中要立即塞緊瓶塞(否則測量結果偏大)。

思考：

(1)可否換用木炭、硫磺、鐵等物質？如能，應怎樣操作？

答：不能用木炭或蠟燭（燃燒產生瞭氣體，瓶內體積變化小），不能用鐵（鐵在空氣中不能燃燒）

(2)可否用鎂代替紅磷？

不能用鎂，因為鎂不但跟氧氣反應而且還跟氮氣等反應，結果測得的不隻是空氣中氧氣的體積。會遠遠大於氧氣的體積。

5..實際在實驗中測得的結果比真實值小

其原因可能是A.紅磷量不足；B.裝置氣密性差；C.未冷卻至室溫就打開止水夾；D.沒有預先在導管中裝滿水

三、空氣的主要成分

按體積分數：

氮氣（N2）78%，

氧氣（O2）21%（氮氣比氧氣約為4：1），

稀有氣體0.94%，

二氧化碳（CO2）0.03%，

其它氣體和雜質0.03%。

空氣的成分以氮氣和氧氣為主，屬於混合物。

空氣成分口訣:

氮七八氧二一，零點九四是稀氣；

零點零三有兩個，二氧化碳和雜氣。

四、物質的分類

純凈物和混合物

1.純凈物：由一種物質組成的，“純凈”是相對的，絕對純凈的物質是沒有的，隻要雜質含量低，不至於對生產和科學研究產生影響的物質就是純凈物。

2.混合物：兩種或多種物質組成的，這些物質相互間沒有發生化學反應，各物質都保持各自的性質。

註意：劃分純凈物、混合物的標準是根據物質的種類來劃分的。隻含一種物質的就屬於純凈物，含有幾種物質的就屬於混合物

五、空氣是一種寶貴的資源

1.氮氣：無色、無味的氣體，不溶於水，不燃燒也不支持燃燒，不能供給呼吸，化學性質不活潑。

2.稀有氣體：無色、無味的氣體，通電時能發出不同顏色的光，化學性質很不活潑。

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六、空氣的污染及防治

1.造成空氣污染的物質：

有害氣體（一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2））和煙塵。

2.污染來源：

空氣中的有害物質來自化石燃料的燃燒，石油化工廠排放的廢氣及汽車排放的尾氣。

3.被污染的空氣帶來的危害：

損害人體健康、影響作物生長、破壞生態平衡。

存在的環境問題：溫室效應（二氧化碳含量過多引起）、臭氧空洞（飛機的尾氣、氟裡昂的排放）、酸雨（由二氧化硫、二氧化氮引起）。

4.防止空氣污染的措施：加強大氣質量監測,改善環境狀態、植樹造林、使用清潔能源。

5.目前空氣污染指數包括：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入顆粒物、臭氧。

七、未來化學

將朝著“綠色化學”——“綠色消毀”和“綠色生產”的方向發展。核心是利用化學原理從源頭消除污染。

特點：

①充分利用資源和能源，原料無毒無害

②減少向環境排放廢物

③原料中的原子全部被消納，實現零排放（在化合反應中體現）

④生產出環境友好產品。

✦氧氣

一、氧氣的物理性質

1.色、味、態：通常情況下，是無色無味的氣體；

2.密度：標準狀況下，密度為1.429g/L，略大於空氣。（可用向上排空法）

3.溶解性：氧氣不易溶於水。（可用排水法收集）

4.三態變化：降溫後，氧氣可以變為淡藍色的液體，甚至淡藍色雪花狀固體。

二、氧氣的化學性質

（一）與非金屬（碳、硫、磷）的反應

1.木炭（黑色固體）燃燒

實驗現象：在氧氣中：劇烈燃燒，發出白光，放出熱量，生成一種無色無味氣體，該氣體能使澄清石灰水變渾濁。

做木炭燃燒實驗時，燃燒匙應慢慢從瓶口向瓶底伸入(充分利用瓶內的氧氣)。

2.硫粉（淡黃色）燃燒：

實驗現象：在空氣中：發出微弱的淡藍色火焰；放出熱量、生成一種帶有刺激性氣味的氣體。

在氧氣中: 發出明亮的藍紫色的火焰, 放出熱量、生成一種帶有刺激性氣味的氣體。

實驗時，要在瓶底裝少量水)吸收二氧化硫，防止污染空氣)。

3.紅磷（暗紅色固體）的燃燒

實驗現象：在空氣中：發出黃白色火焰，放出熱量，生成大量白煙

在氧氣中：劇烈燃燒，發出白光，放出熱量，生成大量的白煙

註意：五氧化二磷（P2O5）是固體，不是氣體

（二）與金屬（鎂、鐵）的反應

1.鎂帶（銀白色固體）在空氣中燃燒

實驗現象：劇烈燃燒，發出耀眼的白光，放出熱量，生成白色粉末狀固體。

2鐵絲（銀白色固體）在氧氣中燃燒

實驗現象：劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體。

註意：集氣瓶底部鋪少量的細沙或加少量的水，防止生成的固體物質濺落瓶底，致使集氣瓶炸裂。鐵絲在空氣中不能燃燒

（三）與某些化合物（蠟燭、甲烷）的反應——產物均為：二氧化碳和水

實驗現象：比空氣中燃燒劇烈，發出白光，集氣瓶內壁出現水珠，有使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體產生。

空氣中燃燒情況：燃燒產生黃色火焰，放熱，稍有黑煙。

（四）其他物質與氧氣的反應

某些物質在一些條件下，與氧氣發生緩慢的氧化反應，成為緩慢氧化。緩慢氧化也放熱。

如：動植物新陳代謝，金屬的銹蝕，食物的腐爛、酒醋的釀造、農傢肥的腐熟等等。

總結：

1.氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體，在一定的條件下，能與許多物質發生反應並放出大量的熱。在這些反應中，氧氣提供氧，稱為氧化反應。氧氣便是常見的氧化劑；具有氧化性。

2.物質在純氧氣中燃燒程度比空氣中燃燒要劇烈。說明物質燃燒程度，與氧氣的濃度大小成正比；

3.物質燃燒時有的有火焰，有的會發光，有的會冒煙。一般來說，氣體燃燒會有火焰產生，固體直接燃燒，產生光或者火星。生成物有固體，一般都會產生煙，即固體小顆粒；

4.物質與氧氣反應不一定是燃燒現象，如緩慢氧化。

三、氧氣的用途

(1)供給呼吸：醫療上急救病人，登山、潛水、航空、宇航提供呼吸；

(2)支持燃燒：煉鋼、氣焊與氣接、液氧炸彈、火箭助燃劑

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✦實驗室制取氧氣

一、工業制法

（分離液態空氣法）

原理：利用液態氧和液態氮的沸點不同。——物理變化（蒸餾）

(1)具體過程

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(2)註意：該過程是物理變化

二、氧氣的實驗室制法

（化學變化）

1.雙氧水（過氧化氫）制取氧氣

A.藥品：過氧化氫（H2O2）和二氧化錳（黑色粉末 MnO2）

B.實驗原理：

註：MnO2在該反應中是催化劑，起催化作用

C.裝置： 固體與液體反應，不需加熱（雙氧水的為一類）

註意事項：

①分液漏鬥可以用長頸漏鬥代替，但其下端應該伸入液面以下，防止生成的氣體從長頸漏鬥中逸出；

②導管隻需略微伸入試管塞

③氣密性檢查：用止水夾關閉，打開分液漏鬥活塞，向漏鬥中加入水，水面不持續下降，就說明氣密性良好。

④裝藥品時，先裝固體後裝液體

⑤該裝置的優點：可以控制反應的開始與結束，可以隨時添加液體。

D步驟：連、查、裝（二氧化錳）、定、倒（過氧化氫溶液）、收

2.用高錳酸鉀、氯酸鉀制取氧氣

A.藥品：

高錳酸鉀（暗紫色固體）、氯酸鉀（白色固體）與二氧化錳（黑色粉末）

B.原理：

①加熱氯酸鉀（有少量的二氧化錳）：

註意：MnO2在該反應中是催化劑，起催化作用

② 加熱高錳酸鉀：

C.裝置：

加熱固體制氣體（加熱氯酸鉀的為一類）

D.操作步驟：

（連）查、裝、定、點、收、離、熄。

① 連接裝置：先下後上，從左到右的順序。

② 檢查裝置的氣密性 ：將導管的一端浸入水槽中，用手緊握試管外壁，若水中導管口有氣泡冒出，證明裝置不漏氣。松開手後，導管口出現一段水柱。

③ 裝入藥品：按粉末狀固體取用的方法（藥匙或紙槽）

④固定裝置 ：固定試管時，試管口應略向下傾斜；鐵夾應夾在試管的中上部

⑤加熱藥品：先使試管均勻受熱，後在反應物部位用酒精燈外焰由前向後加熱。

⑥收集氣體：

a.若用排水集氣法收集氣體，當氣泡均勻冒出時再收集，剛排出的是空氣；水排完後，應用玻璃片蓋住瓶口，小心地移出水槽，正放在桌面上(密度比空氣大)（防止氣體逸出）

b.用向上排空法。收集時導管應伸入集氣瓶底部（為瞭排盡瓶內空氣）

用排水法收集時，導管放在集氣瓶口

⑦先將導管移出水面

⑧再停止加熱

E.易錯事項：

(1)試管口要略微向下傾斜：防止生成的水回流,使試管底部破裂。藥品應平鋪在試管底部

(2)導氣管伸入發生裝置內要稍露出橡皮塞：有利於產生的氣體排出。

(3)用高錳酸鉀制取氧氣時，試管口塞一團棉花：防止高錳酸鉀粉末進入導氣管，污染制取的氣體和水槽中的水。

(4)排氣法收集氣體時，導氣管要伸入接近集氣瓶底部：有利於集氣瓶內空氣排出，使收集的氣體更純。

(5) 實驗結束後，先將導氣管移出水面,然後熄滅酒精燈：防止水槽中的水倒流，炸裂試管。

F、收集方法：

① 排水法（不易溶於水）

② 向上排空法（密度比空氣大）

G、檢驗、驗滿

檢驗：用帶火星的木條伸入集氣瓶內，發現木條復燃，說明是氧氣；

驗滿：用帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條復燃，證明已滿。

三、催化劑

1.概念：

在化學反應中能改變其他物質的反應速率（加快或變慢），但本身的化學性質和質量在反應前後沒有發生變化的物質。

2.特點：

兩不變（質量、化學性質）、一改變（反應速率）

註意：

①催化劑不能改變生成物的質量，不能決定反應的進行

②催化劑不是反應物、又不是生成物

③催化劑僅針對某一反應，並不是所有反應的催化劑

④某一反應的催化劑可能不隻一種

3.二氧化錳在一些反應中不隻作催化劑，催化劑不一定就隻有二氧化錳。(在過氧化氫溶液制取氧氣中，催化劑可以用硫酸銅溶液、氧化鐵、氧化銅、紅磚粉末)。

在氯酸鉀制取氧氣中，二氧化錳的質量和化學性質不變，但質量分數變大。

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