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3.1节空气与氧气一、空气的成分1、法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氮气和氧气组成的结论。舍勒、普利斯特里及拉姆塞（发现稀有气体）等科学家也在研究空气成分方面作出了不可磨灭的贡献。2、空气的成分一般来说是比较稳定的。排到空气中的有害物质大致可分为粉尘和有害气体两大类。空气成分氮气氧气稀有气体二氧化碳其它气体和杂质体积分数78％21％0.93％0.04％0.03％特点相对固定成分可变成分3、氧气、氮气、稀有气体的主要性质和用途成分主要性质主要用途氧气化学性质：①比较活泼；②支持燃烧，是助燃剂，非可燃剂物理性质：①无色、无味的气体；②密度略大于空气（标准状况下：ρ氧=1.429g/L＞ρ空=1.293g/L）（氧气分子量：32＞空气平均分子量：29）；③不易溶于水，30mL/L；④气态O2℃183液态O2（淡蓝色℃218固态O2（蓝色雪花状）供给呼吸；支持燃烧；潜水、医疗急救、炼钢、气焊以及化工生产和宇宙航行等氮气化学性质：不活泼，不支持燃烧也不能供给呼吸物理性质：无色、无味，不易溶于水※灯泡内一般充入氮气或稀有气体使灯泡耐用，这一用途主要是利用了上述气体的化学性质。制硝酸、化肥和炸药的重要原料；根据化学性质不活泼常用作保护气；医疗上用于冷冻麻醉；用作超导材料的环境改造剂；防腐保鲜稀有气体化学性质：很不活泼（惰性）物理性质：无色、无味，通电时能发出不同颜色的光用作保护气；用于航标灯、闪光灯、霓虹灯的电光源；氦气制造低温环境作冷冻剂；氙气用于医疗麻醉。说明：灯管里充入氩气，通电时发出蓝紫色光；充入氦气发出粉红色光；充入氖气发出红色光，这种光能穿透浓雾，可作航标灯。在石英玻璃管理充入氙气的氙灯，通电时能发出比荧光灯强几万倍的强光，因此被叫做“人造小太阳”4、气体的检验方法（1）检验CO2：通入澄清石灰水（Ca（OH）2溶液），若变浑浊则气体含有CO2。用针筒往澄清石灰水中鼓入空气，很久才变浑浊，说明空气中CO2含量较少。（2）检验O2：带火星的木条伸入，若复燃，则为氧气；或用燃着的木条靠近。若是在纯氧中，则木条燃烧更剧烈；若是在空气中，则木条安静地燃烧。（同时说明空气中O2含量较纯氧而言较低）。（3）检验H2O（说明空气中含有H2O的事实）：①天教室窗户内侧有一层水雾；物理：②冰过的瓶子外面有水珠；③露置在空气中的饼干会变软；④放置在空气中的氢氧化钠会逐渐潮解（溶解是物理反应）；化学：①放置在空气中的无水硫酸铜粉末会渐渐变蓝色（白色CuSO4＋H2O—→蓝色CuSO4·5H2O）；②蓝色氯化钴试纸变红（蓝色CoCl2＋H2O—→红色CoCl2·6H2O）二、空气中氧气体积含量的测定（拉瓦锡）1、实验原理：利用P＋O2点燃P2O5（白色粉末），冷却后，消耗掉氧气后容器中气压减小，打开止水夹，烧杯中的水会倒吸过来，水倒流入密闭容器内的体积，即为空气中氧气的体积。2、实验现象：红磷剧烈燃烧，产生大量白烟。冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气总体积的1/5.3、结论：氧气约占空气体积的1/5.。（V倒吸的水=V氧气）4、进入瓶中水的体积小于瓶内空间的1/5的原因：①红磷量不足，使瓶内氧气未耗尽；②装置漏气，使外界空气进入瓶内；③未冷却至室温就打开瓶塞，使进入瓶内水的体积减小。进入瓶中水的体积大于瓶内空间的1/5的原因：点燃红磷放入容器后，未及时塞上瓶塞。5、实验注意事项：（1）实验过程中要确保装置的气密性良好；（2）实验时药品必须过量，燃烧时才能完全消耗掉瓶内空气中的氧气；（3）冷却后再打开弹簧夹；（4）在实验前，导管应预先注满水，否则在燃烧完毕，装置冷却后打开止水夹时，进入的水会有一部分留在导管中，使得进入集气瓶内水的体积减小，导致测量结果偏低，6、提醒：（1）其反应物必须是可燃物，即能够在空气中燃烧，所以Fe不行。（铁丝不能在空气中燃烧，只能在氧气中燃烧）（2）只能消耗O2，不能消耗其他气体，所以Mg等物质不行。（Mg能与O2，CO2，N2反应）（3）生成物只能有固体，不能有气体，所以C、S等物质不行。（C＋O2点燃CO2（气体）；S＋O2点燃SO2（气体）会对瓶内气压产生影响）（4）实验后的剩余气体不能燃烧（无可燃性）也不能支持燃烧（无助燃性），且不易溶于水。（5）若所用液体用碱溶液代替，如NaOH溶液，则用S、C都行，因其生成物CO2、SO2都能与NaOH反应而被吸收。7、上述试验同时证明了氮气有不能燃烧且不能支持燃烧的化学性质和难溶于水的物理性质。三、氧气的化学性质1、部分物质在空气和氧气中反应现象对比反应物的名称反应物的色态反应主要现象反应表达式注意事项在空气中燃烧在氧气中燃烧木炭（主要成分是碳）黑色固体①发出红光，放出热量，无烟、无焰；②生成一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体；①剧烈燃烧，发出白光，放出热量；②生成一种无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体；碳＋氧气点燃二氧化碳C＋O2点燃CO2硫磺（硫）淡黄色粉末①弱的淡蓝色火焰，放热；②生成无色有刺激性气味的气体；①明亮的蓝紫色火焰，放热；②生成无色有刺激性气味的气体；硫＋氧气点燃二氧化硫S＋O2点燃SO2①瓶内装少量水以吸收SO2，防止对空气造成污染铁丝银白色固体①发红，发热；①剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热；②生成黑色固体；铁＋氧气点燃四氧化三铁Fe＋O2点燃Fe3O4①细铁丝绕成螺旋状：减少热量的散失；②在铁丝一端系上火柴：引燃铁丝；③预先在瓶底留少量水或细沙：防止高温熔融物溅落瓶加热二氧化锰底，使瓶底受热不均而炸裂镁条银白色固体①剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放热；②生成白色粉末状固体，有白烟；镁＋氧气点燃氧化镁Mg＋O2点燃MgO①Mg和O2、N2、CO2均可反应铝银白色固体①剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光；②生成白色固体；铝＋氧气点燃氧化铝Al＋O2点燃Al2O3红磷暗红色固体①黄白色火焰，发光，发热；②有大量白烟产生；①剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放热；②放出大量白烟；磷＋氧气点燃五氧化二磷P＋O2点燃P2O5①此反应生成的是白烟（固体小颗粒），而不是白雾（液态小液滴）2、实验现象的描述中不出现生成物的名称，仅描述颜色，状态，气味及温度变化等现象。3、物质在空气中和氧气中燃烧的区别：（1）有的在空气中不能燃烧的物质在氧气中可以燃烧，如铁；（2）物质在氧气中燃烧要比在空气中燃烧剧烈得多。4、物质燃烧时产生的火焰、烟、雾：（1）火焰是可燃性气体或易汽化的固、液物质燃烧时的特征，如：氢气、甲烷、一氧化碳、煤油、石蜡、木材。铁、铝、木炭等物质，它们的沸点高于着火点，燃烧时没有气态物质，故只能发光，不能形成火焰。（2）烟是可燃物质燃烧时，产生的大量固体小颗粒分散悬浮于空间形成的。（3）雾是小液滴分散悬浮于空间而形成的。4、加热、高温、点燃和燃烧的区别：加热、高温、点燃是反应条件。一般认为加热不超过500℃，常用酒精等作热源；高温在700℃以上，实验室通常用酒精喷灯作热源；点燃的目的是是可燃物达到着火点。燃烧是发光发热的剧烈反应现象，不是条件。故写物质燃烧的化学表达式、方程式时，条件写点燃，而不写燃烧。四、四大基本反应类型1、化合反应：由两种或两种以上的物质生成一种物质的反应。特点：“多变一”，可用通式“A＋B—→C”表示。2、分解反应：由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应。特点：“一变多”，可用通式“C—→A＋B”表示。3、置换反应：可用通式“AB＋C—→CB＋A”表示。4、复分解反应：可用通式“AB＋CD—→AD＋CB”表示。五、氧气的制取1、氧气的实验室制法（1）高锰酸钾，氯酸钾，过氧化氢用高锰酸钾制氧气（或氯酸钾分解制氧气）用过氧化氢制氧气反应原理高锰酸钾加热锰酸钾＋二氧化锰＋氧气KMnO4△K2MnO4＋MnO2＋O2氯酸钾→氯化钾＋氧气KClO3→KCl＋O2过氧化氢二氧化锰水＋氧气H2O22MnOH2O＋O2药品色态高锰酸钾：紫黑色晶体；锰酸钾：墨绿色固体二氧化锰：黑色固体；氯酸钾：白色晶体过氧化氢：无色液体△2MnO实验装置气体发生装置（固固加热）：试管、酒精灯、带铁夹的铁架台、导管；气体收集装置：集气瓶、水槽、导管气体发生装置（固液常温）：分液漏斗（或长颈漏斗）、锥形瓶、导管气体收集装置：导管、集气瓶实验步骤①查：检查装置的气密性；②装：往试管里加KMnO4，并把一团棉花放在试管口，用带导管的橡胶塞塞紧管口；③定：使试管口略向下倾斜，固定在铁架台上，铁夹夹在距管口约1/3处；④点：点燃酒精灯，来回移动酒精灯先预热，使试管受热均匀后将火焰对准药品部位集中加热；⑤收：当气泡连续均匀地放出时，用排水法收集氧气；⑥离：从水槽中移离导管；⑦熄：熄灭酒精灯。①检查装置气密性（手捂法＆水压法）；②向烧瓶中装入二氧化锰固体，塞好带好分液漏斗和导管的双控橡皮塞；③关闭玻璃活塞，向分液漏斗中加入过氧化氢溶液（若用长颈漏斗，需将漏斗口浸入液面以下，形成液封，防止气体逃逸）；④打开玻璃活塞，向烧瓶中滴加双氧水；⑤用排水法（向上排空气法）收集，并验证收集的是氧气。验满方法①用排水集气法收集：当集气瓶的瓶口有大量气泡逸出时，证明已收集满；②用向上排空气法收集：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已收集满。※加热高锰酸钾制氧气实验过程中的问题：Q1：实验时，为什么试管口要塞一团棉花？A：防止KMnO4粉末进入导管。Q2：为什么导管伸入试管内稍露出橡胶塞即可？A：有利于排尽试管中的空气，以及产生气体的导出。Q3：为什么试管口略向下倾斜？A：防止水倒流入试管底部使其受热不均而炸裂。Q4：收集满氧气后，为什么先从水槽中移出导管，再熄灭酒精灯？A：防止水槽中的水倒流入试管，使试管炸裂。（2）实验室一般不用电解水（成本过高，存在安全隐患）和加热氧化汞（HgO△Hg＋O2）（成本过高，污染环境）来制取氧气。2、气密性的检查：a)手捂法：将导管端放入水，用手捂住试管一会儿,若导管口有连续气泡冒出时,则气密性好。使用手捂法检验装置气密性时，除了用手紧握的方法外，还可以采用用热毛巾捂住试管，或用酒精灯微热试管的方法（尤其是在夏天等室温很高的情况下）。b)水压法：塞紧橡皮塞，关闭止水夹，从长颈漏斗上口注入水，使水浸过长颈漏斗下端，继续加水使长颈漏斗中水面高于试管中水面静置一段时间，若液面高度差不变，则装置不漏气3、实验时可能引起试管破裂（受热不匀）的原因：①加热药品前没有预热试管；②加热时，试管外壁有水珠；③试管口没有略向下倾斜（或先离再熄）使水倒流入试管底部；④用内焰加热试管；⑤试管加热后直接放入冷水中。4、实验时收集氧气不纯的原因（试管或导管中的空气未排净）：①集气瓶中未装满水即收集气体；②导管口一有气泡就收集，未等气泡连续均匀出现再收集。5、集气法（1）排空气法：收集气体干燥、不纯。气体性质：①不与空气中的任何气体发生反应（化学性质）；②ρ气＞ρ空——向上排空气法；ρ气＜ρ空——向下排空气法（物理性质）。（2）排水集气法：收集气体纯净、不干燥。气体性质：①不易溶于水（微溶于水的气体一般不用排水法收集）（物理性质）；②不与水反应（化学性质）。6、催化剂：在化学反应中能改变其他物质的反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都不改变的物质（一变二不变），工业上也称触媒。注：①“改变速率”包括加快或减慢速率；②同一物质可作为多个反应的催化剂，同一反应可以有多种催化剂；②化剂不能决定反应是否进行，更不能增多或减少生成物的质量；7、实验室常用的气体制备装置（神器）（1）无水：排空气法①ρ气＞ρ空，长管进，短管出；②②ρ气＜ρ空，短管进，长管出。（2）内有部分水（长导管口浸入液面以下）：②气——除杂、湿润气体（水）、观察气体流速；⑥去CO2（NaOH溶液），检验CO2（Ca(OH)2溶液）；⑦去H2O（浓硫酸）。（3）充满水：排水集气法；一定是短管进，长管出。9、工业