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我们周围的空气

第二章我们周围的空气

一、空气的组成

1.拉瓦锡实验

二百多年前,法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的

成分，装置图如右图所示。

他把少量的汞放在密闭的容器

中连续加热了12天，发现有一部分银白色的液态汞（Hg）变成了

红色粉末（氧化汞，HgO），同时空气的体积差不多减少了1/5

随后的研究发现剩余4/5体积的气体既不能供给呼吸，也不

能支持燃烧，因为误认为这些气体都是”氮气”。

随后拉瓦锡把红色粉末收集起来，加热之后得到汞和

氧气（O2）。

把这些气体加入到前一个容器只剩下4/5体积的气体中，发现所得的气体与空气的性质完全一样。

通过这些实验，拉瓦锡得出空气是由氮气（N2）与氧气（O2）组成的，且氧气的含量为1/5的结论。

后来又陆续的发现了空气中还含有氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体和二氧化碳。

认识到空气中除了含有氮气与氧气外，还含有其它的气体。

问题1、拉瓦锡实验的化学反应原理的文字表达式是：

练习1、二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气成分，其中一项实验是加热红色氧化汞粉末得到汞和氧气，该反应示意图如下：

下列说法正确的是（　　）

A．氧化汞分解过程中，原子的个数没有发生改变

B．氧化汞分解过程中，分子的种类没有发生改变

C．氧化汞、汞、氧气都是化合物

D．氧化汞分子与氧气分子里的原子个数相同

2.红磷燃烧实验

实验步骤：

（1）连接装置，装置图如右图所示。

（2）往集气瓶中加入少量水，并做上记号。

（3）用弹簧夹紧乳胶管

（4）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中并塞紧塞子

（5）观察红磷燃烧的现象

（6）待红磷燃烧完毕后并冷却后，打开止水夹，观察现象。

现象：

（1）红磷（符号P）燃烧，生成五氧化二磷固体（P2O5）

（2）打开止水夹之后，烧杯中的水经导气管流入集气瓶中，约占满集气瓶1/5体积。

结论：

（1）剩余的气体不支持燃烧，难溶于水。

（2）红磷可以在空气中燃烧，其实质是红磷与空气中的发生化学反应，由集气瓶中水位的变化可大致得知空气中氧气的含量为。

用红磷燃烧来测定空气中氧气体积分数实验成功的关键是：

①反应前集气瓶内装满空气；否则进入集气瓶中水的量则会（大，小，等于）1/5。

②燃烧时间足够长，否则进入集气瓶中水的量则会（大，小，等于）1/5。

③集气瓶冷却到室温再打开止水夹，理由：

；

④反应后只生成五氧化二磷固体，无其它物质生成；

⑤装置不漏气。

否则进入集气瓶中水的量则会（大，小，等于）1/5。

这些因素可能导致出现的现象是“进入集气瓶中的水不到集气瓶容积的1/5”。

⑥但当实验前没有将弹簧夹夹紧，红磷燃烧时放出热量使气体体积膨胀，

部分气体会从导管中逸出，导致进入集气瓶中的水集气瓶容积的1/5。

⑦若加入的红磷不足，则进入集气瓶中的水集气瓶容积的1/5。

问题：

（1）怎样把导气管与乳胶管连接起来？

（2）请写出红磷燃烧的文字化学表达式：

练习2.某同学利用右图装置测定空气中氧气的含量，红磷燃烧后

恢复到室温，打开弹簧夹发现进入广口瓶的液体液面高度

超过广口瓶容积的l/5。

造成这一现象的原因可能是（）

A．实验前没有将弹簧夹夹紧B．实验装置可能漏气

C．实验中所取的红磷过量D．实验中所取的红磷不足

3．空气的主要成分和组成（按体积比）

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%

稀有气体：

氦、氖、氩、氪、氙。

练习3.空气中含量最多，化学性质又不活泼的气体是（）

A、氧气　　B、氮气　　C、水蒸气　D、二氧化碳

练习4.最早通过实验得出空气是由氮气和氧气组成的结论的科学家是（）

A、拉瓦锡  B、汤姆逊 C、普利斯特里 D、舍勒

练习5.练习空气中一般不含的气体是（）

A．氮气B．氢气C．氧气D．稀有气体

4.氧气、氮气、稀有气体的用途

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

练习5.节日里五光十色的霓虹灯内填充的气体是下列哪一种（）

A.氧气  B.氮气  C.稀有气体  D.二氧化碳

5.空气保护

（1）空气的污染源：

有害气体（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）和烟尘（粉尘和灰尘）。

注意：

二氧化碳不是空气污染物。

（2）危害：

①严重损害人体的健康，②影响作物的生长，③破坏生态平衡；④导致三大环境问题-气候变暖（二氧化碳）、臭氧层破坏（氮氧化物，氟利昂）和酸雨（二氧化氮、二氧化硫等）等。

（3）防治措施：

①加强大气质量监测；②改善环境状况；

③使用清洁能源如氢气、酒精、太阳能等；④积极植树、造林、种草等。

（4）空气日报质量：

空气日报质量包括“空气污染指数”、“首要污染物”（首要污染物包括：

二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物等）、“空气质量级别”、“空气质量状况”等。

练习6、汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代社会的产物，在给人类生活带来便捷舒适的同时，对自然生态环境的恶化也有难以推卸的责任。

据统计，城市空气污染主要来源于工业废气和汽车尾气，99%的一氧化碳和一氧化氮排放来源于汽车尾气，再加上随着人们生活水平的不断提高，私有车在逐年增加，所以治理汽车尾气污染成为人们比较关注的问题。

　　阅读以上短文，回答下列问题：

（1）汽车尾气中的大气污染物有___________________、___________________。

（2）举出一例由于空气污染而造成严重后果的例子___________________。

　　（3）请举出一例治理汽车尾气污染的实例___________________。

　　（4）请提出治理汽车污染的一条合理化建议___________________。

练习7、：

空气中比较固定的成分是（　　）

A.氮气、氧气、二氧化碳　　B.氮气、氧气、稀有气体

C.氮气、氧气、水蒸气　　　D.氮气、氧气、一氧化碳

解析：

空气的成分一般来说是比较固定的，但是由于工业的发展和人口的增加，空气被污染，有些局部地区的空气的成分不尽相同。

但自然界有各种物理变化和化学变化的相互补偿，从总体上讲，空气成分的变化是极其缓慢的，所以空气的成分一般来说是比较固定的。

虽然随着离地面和高度的增加，空气的密度会逐渐减小，但各成分的体积分数仍保持不变。

空气中相对固定的成分是氮气、氧气以及稀有气体；相对不固定的成分是二氧化碳、水蒸气、其它气体和杂质。

（1）一氧化碳、一氧化氮

（2）如“温室效应”、“臭氧层空洞”、“酸雨”等

（3）在汽车排气管加装尾气处理装置等

（4）改用“绿色燃料”，如氢气、酒精等；使用电动车；加快研制新型环保能源，如核能

民用化，利用太阳能分解水等。

练习8.实验室收集一氧化氮气体只能用排水法，由此可以推知下列性质中，一氧化氮一定具有的性质是（填序号，下同），可能具有的性质是。

①易溶于水②难溶于水③不与水

反应④密度与空气接近

⑤可与空气中某成分反应⑥有毒，是一种大气污染物

练习10.某市的《空气质量周报》，是环保部门对某地区空气污染程度所作的监测报告，主要有①总悬浮颗粒物、②二氧化硫、③氮的氧化物三项量化指标。

下列情况中，能直接引起①②两项指标变差的是（）

A．随意扔弃难以分解的塑料垃圾B．用煤炭做燃料放出大量烟气

C．工业废水直接排人河中D．农业上滥用化肥和农药

三、混合物与纯净物

混合物：

由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫混合物。

组成混合物的各成分之间没有发生化学反应，他们各自保持原来的性质。

空气是混合物。

纯净物：

只由一种物质组成。

如氮气氧气二氧化碳都是纯净物，纯净物可以用专门的化学符号表示，如氮气可以用来表示，氧气可以用来表示。

二氧化碳可以表示为CO2等。

练习8.下列物质属于纯净物的是（）

A.冰水混合物B.糖水C.五氧化二磷（P2O5）D.稀硫酸

E.医用消毒酒精F.生理盐水G.清新的空气H.蔗糖

练习9.下列表示的气体物质中，属于混合物的是（）

四、氧气

在标准状况下，氧气（O2）的密度是1.429g/L。

比空气的密度（1..293g/L）略大。

它不容易溶于水，所以可以用和法收集氧气。

在室温下，1L水中只能溶解约30mL氧气。

在压强为101kPa时，氧气在-183℃时变为淡蓝色液体，在-218℃是变成淡蓝色学雪花状的固体。

工业生产的氧气，一般加压储存在钢瓶中。

1．氧气的物理性质。

通常状况下是无色、无味的气体，溶于水，密度比空气略。

2.复燃实验

将带火星的木条伸入集气瓶中，发现木条复燃，说明氧气能够支持燃烧。

练习3.观察右图中的有关操作和现象，判断下列叙述正确的是（）

A．集气瓶中的气体可能是CO2B.集气瓶中的气体可能是空气

C．集气瓶中的气体一定不是O2D.集气瓶中的气体一定是N2

练习4.1811年意大利科学家阿伏加德罗提出了“相同体积的气体，在同温同压下具有相数目的分子”的假说，后人通过大量实验证实了这种假说的正确性，并称其为阿伏加德罗定律。

如下图所示，有一充满H2、、O2混合气体的密闭容器，装有可左右移动的活塞，以保持密闭容器内压强始终与外界大气压相等。

若点燃前后容器内温度均为20℃（此时水为液态，其体积可忽略不计），则点燃前容器内氢气与氧气的分子数之比为（）

A.7:

2B.16:

5C.2:

5D.10:

11

H2

、

O2

混

合

气

体

大气

大

气

点燃前7体积点燃后2体积

练习5.医院给病人输氧时用到类似下图所示的装置。

关于该装置，下列说法不正确的是（）

A.b导管连接供给氧气的钢瓶

B.b导管连接病人吸氧气的塑料管

C.使用该装置用来观测是否有氧气输出

D.使用该装置用来观测氧气输出的速率

3.硫的燃烧实验

硫在空气中燃烧的现象为：

硫在空气中安静的燃烧，发出淡蓝色的火焰，放出热量

在氧气中燃烧的现象为：

硫（S）在氧气中剧烈的燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出大量的热

虽然现象不同但是产物均为二氧化硫（SO2），集气瓶底部要盛少量的水，

用来吸收产物二氧化硫。

试写出硫在空气中和氧气中燃烧的化学方程式

4.铁丝在氧气中的燃烧

把光亮的细铁丝盘成螺旋状，下端系一根火柴，点燃火柴，待

火柴快燃尽时，插入充满氧气的集气瓶中。

现象：

细铁丝在氧气（Fe）中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体

四氧化三铁（Fe3O4）。

铁丝在空气中加热只发生红热现象。

铁在氧气中燃烧的化学反应式为：

问题

（1）为什么要用光亮的铁丝，如果铁丝是生锈的，应该如何处理？

（2）为什么要用细铁丝且要将铁丝盘成螺旋状？

（3）为什么要待火柴快燃尽时，才插入集气瓶中？

（4）为什么要在集气瓶的底部铺上一层细沙或者装少量水？

四、化合反应

木条的燃烧：

碳+氧气C+O2

红磷的燃烧：

红磷+氧气

硫的燃烧：

硫+氧气

铁丝在氧气中燃烧：

铁+氧气

上述四个反应的共同特点是：

化合反应的定义：

我们把由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应，叫做化合反应。

这四个反应还有一个共同的特点：

它们都是物质与氧发生的反应，这类反应属于氧化反应。

氧气在反应中提供氧，因为氧气具有氧化性。

物质在氧气中燃烧时比较剧烈的氧化反应，但不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧烈并发光放热。

有些氧化反应进行得很慢，甚至不易察觉，这种氧化叫做缓慢氧化。

在生活中，缓慢氧化的例子很多，如动植物的呼吸、事物的腐烂、酒和醋的酿造、农家肥的腐熟等都包含了物质的氧化反应。

问题

（1）氧化反应都是化合反应吗？

化学反应都是氧化反应吗？

练习3.下列变化不属于缓慢氧化的是（）

A．高梁酿酒B.铁器生锈

C．蜡烛燃烧D.食物腐烂

练习4.常利用易发生氧化反应的物质作为脱氧剂，以下需加入脱氧剂的是（）

A．汽车尾气净化装置B．白枳灯的灯泡内

C．食品真空包装袋内D。

急救病人的加压氧舱内

五、氧气的制取

实验室常采取分解过氧化氢、加热氯酸钾或加热高锰酸钾的方法制备氧气。

1.过氧化氢（H2O2）制备氧气（O2）

（1）在试管中加入5ml，5%的过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管中，木条不复燃。

（2）向上述试管中加入一定量的少量的二氧化锰，把带火星的木条伸入试管中，发现木条复燃。

（3）待试管中无气泡冒出后，再加入适量过氧化氢（双氧水）发现又有气泡冒出。

经检验气泡为氧气。

（4）实验完毕后，将剩余的二氧化锰倒出冲洗晾干称量，发现二氧化锰的质量没有改变。

催化剂可以改变其他物质的化学反应速率，但不可以可以改变生成物的多少。

结论

（1）过氧化氢在常温下能缓慢的分解成水（H2O）和氧气，在实验

（1）中木条不能复燃是因为放出的氧气很少。

此外，过氧化氢遇热易分解。

（2）在实验

（2）中，木条能复燃，是因为加入的二氧化锰加速了过氧化氢的分解，这一过程可以表示为：

（3）二氧化锰加入双氧水后可以加速双氧水的分解，而反应完后自身的质量和性质没有发生改变。

像这种在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂（又叫触媒）。

催化剂在化学反应中起到的作用叫做催化作用。

硫酸铜等溶液对过氧化氢的分解也具有催化作用。

练习1.某同学想探究二氧化锰在过氧化氢分解中作催化剂，设计了以下探究实验，请你完成实验报告和实验分析：

（1）实验报告：

实验步骤

用带火星的木条检验时的现象

结论

向试管1中倒入5ml5%的过氧化氢溶液

不复燃

无氧气放出

给试管1稍微加热

①

②

向试管2中倒入5ml5%的过氧化氢溶液和一匙二氧化锰

③

④

待试管2中无气泡冒出时再倒入5ml5%的过氧化氢溶液

⑤

⑥

再向试管2中加入一匙二氧化锰

⑦

⑧

（2）实验分析：

①比较步骤1和步骤2可得出结论：

过氧化氢溶液不加热无氧气放出，稍加热有氧气放出。

②比较步骤1和步骤3可得出结论：

。

③比较步骤4和步骤5可得出结论：

。

（3）该同学觉得该实验还不完美，他还想证明MnO2在反应前后质量不变，你认为他该增加什么实验？

解析：

根据控制变量的方法，设计一系列对比实验，得出过氧化氢在稍微加热和加入催化剂的条件下，放出氧气的结论。

思考该题时，一定要找好对比实验并比照思考，即可得出答案。

答案：

（1）①复燃②有氧气放出③复燃④有氧气放出⑤复燃⑥有氧气放出⑦不复燃⑧无氧气放出

（2）②常温下观察不到过氧化氢溶液的分解，但在MnO2的催化作用下，能明显观察到过氧化氢分解生成O2。

③MnO2可反复使过氧化氢分解出氧气，说明在化学反应中的MnO2性质不变，而且MnO2本身不放出氧气。

（3）反应前称量MnO2的质量，反应后，过滤出MnO2再称量。

2.氯酸钾制氧气

氯酸钾（KClO3）是一种白色固体。

（1）把少量的氯酸钾和二氧化锰混合（一般按质量比3:

1）

均匀后装入试管中，用带有导管的塞子塞紧试管。

（2）加热试管，用排水法收集一瓶氧气。

（3）把带有火星的木条伸入集气瓶中，发现木条复燃。

（4）实验完毕后发现二氧化锰的质量和性质在反应前后

没有变化。

结论：

（1）二氧化锰的作用

（2）反应的化学方程式可以表示为：

问题

（1）怎样检查装置的气密性？

连接装置时要注意哪些事项？

3.高锰酸钾制氧气

高锰酸钾（KMnO4）是一种暗紫色的固体，它受热分解时放出氧气、同时还有锰酸钾和二氧化锰（MnO2）生成，请写出高锰酸钾制氧气的化学方程式：

高锰酸钾制氧气的装置与氯酸钾制氧气的装置大致相同，但是要在试管口塞一团棉花，目的是防止受热的高锰酸钾进入导气管而使导气管堵塞。

此外，

①试管口略向下倾斜：

理由___________________________________。

②药品平铺在试管的底部：

目的___________________________

____。

③铁夹夹在离管口约_____

__处。

④导管不宜太长，应稍露出橡皮塞：

___________________________。

⑤排水法收集时，待气泡_____________时再收集（因为刚开始排出的是试管中的______）

⑥实验结束时，先______________后_________________：

防止_______________________。

⑦用排空气法收集气体时，导管应__________________

____________________________。

⑧氧气的验满：

____________________；氧气的检验：

___________________________。

⑨实验停止时的操作顺序是。

问题

（1）若用加热分解氯酸钾的方法制氧气，而实验室缺少催化剂二氧化锰，此时可以加入少量的代替。

练习3.结合下列装置图回答问题。

（友情提示：

以下所选装置均填装置代号）

（1）写出图中指定仪器的名称：

；

。

（2）实验室用KMnO4制取O2时，可选用的发生装置是，同时用E装置收集O2，实验停止时的操作顺序是。

（3）若用装置C收集某气体，该气体应具备的性质是。

练习4.如图是实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气的装置图，请回答下列问题。

（1）请写出标号的仪器名称。

①_____________②__________

③_____________④__________

（2）请指出图中的四处错误。

①

②

③

④

（3）请写出反应的化学方程式___________________________________

（4）收集方法：

①由于氧气_________________，可以用___________收集；

②由于氧气________________，可以用_____________收集。

检验方法：

_________________________________________。

验满方法：

_________________________________________。

（5）实验室里制取氧气大致可分为下列步骤：

①用排水法收集氧气；②熄灭酒精灯；③点燃酒精灯，加热试管；④将高锰酸钾装入试管，用带导管的塞子塞紧试管，并把它固定在铁架台上；⑤检查装置的气密性；⑥将导管从水槽中取出。

请按正确的操作顺序，将以上步骤的序号写在横线上。

_______________

4.工业制氧气

工业上采取分离液态空气的方法制备氧气。

原理：

氮气和氧气的_____不同，属于____变化

六、分解反应

1.请写出实验室制取氧气的三种方法的化学方程式：

（1）过氧化氢制氧气：

（2）氯酸钾制氧气：

（3）高锰酸钾制氧气：

以上三个反应的共同特征是：

我们把类似于以上三个反应的由一种反应物生成两种或两种以上的其它物质的反应，叫做分解反应。

七、绿色化学

绿色化学又称环境友好化学，它的主要特点是：

　　1.充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；

　　2.在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；

　　3.提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；

　　4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。

练习7.“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。

它包括“原料的绿色化”、“化学反应的绿色化”、“产物的绿色化”等内容。

其中“化学反应的绿色化”要求原料物质中所有的原子完全被利用且全部转化期望的产物中。

下列做法符合“化学反应绿色化”的是（　　）

A．实验室制取二氧化碳气体

B．用铁粉和硫酸铜溶液制取铜

C．在高温下用焦炭和三氧化二铁反应制取金属铁

D．用金属铝和氧气在点燃的条件下制取少量氧化铝

E.实验中未说明药品用量时，取用较多量药品进行实验

F.实验室讲=将废液直接倒入下水道

G.对废旧电池做深埋处理，消除其污染

H.化工生产中使用原料尽可能地转化为产品

八、小结

氧化反应的定义：

分解反应的定义：

化合反应的定义：

催化剂的定义：

纯净物的定义：

混合物的定义：