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1、第二單元 我們周圍的空氣
課題1 空 氣
一、空氣成分的研究史
1、18世紀70年代,瑞典科學家舍勒和英國的科學家化學家普利斯特里,分別發(fā)現(xiàn)并制得了氧氣。
2、法國科學家拉瓦錫最早運用天平作為研究化學的工具,用定量的方法研究了空氣的成分,第一次明確提出了“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(jié)論。
二、空氣中氧氣成分的測定:
1、裝置圖(見書P27)
2、實驗現(xiàn)象:A、紅磷燃燒發(fā)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,裝置冷卻到室溫后打開彈簧夾)燒杯內(nèi)的水倒流入集氣瓶,約占瓶子容積的1/5。
3、實驗結(jié)論:說明空氣不是單一
2、的物質(zhì);氧氣約占空氣總體積的1/5。
點燃
4、原理:表達式:磷(P) + 氧氣(O2) 五氧化二磷(P2O5)
化學方程式: 4P + 5O2 2P2O5
5、注意事項: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)冷卻后才能打開彈簧夾,
C、裝置的氣密性要好,(否則測量結(jié)果偏小),
D、要先夾住橡皮管,然后再點紅磷(否則測量結(jié)果偏大)。
思考:可否換用木炭、硫磺等物質(zhì)?如能,應怎樣操作?
答:不能用木炭或蠟燭(燃燒產(chǎn)生了氣體,瓶內(nèi)體積變化?。荒苡描F(鐵在空氣中不能燃燒)
6、實際在實驗中測得的結(jié)果比真實值小,其原
3、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(shù)):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(zhì)0.03%。空氣的成分以氮氣和氧氣為主,屬于混合物。
空氣成分
氮氣
氧氣
稀有氣體
二氧化碳
其他氣體和雜質(zhì)
體積分數(shù)
78%
21%
0.94%
0.03%
0.03%
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(zhì)的分類:純凈物和混合物
1、純凈物:由一種物質(zhì)組成的,
4、“純凈”是相對的,絕對純凈的物質(zhì)是沒有的,只要雜質(zhì)含量低,不至于對生產(chǎn)和科學研究產(chǎn)生影響的物質(zhì)就是純凈物。
2、混合物:兩種或多種物質(zhì)組成的,這些物質(zhì)相互間沒有發(fā)生化學反應,各物質(zhì)都保持各自的性質(zhì)。
注意:劃分純凈物、混合物的標準是根據(jù)物質(zhì)的種類來劃分的。只含一種物質(zhì)的就屬于純凈物,含有幾種物質(zhì)的就屬于混合物,
五、空氣是一種寶貴的資源
1、氮氣:無色、無味的氣體,不溶于水,不燃燒也不支持燃燒,不能供給呼吸,化學性質(zhì)不活潑。
2、稀有氣體:無色、無味的氣體,通電時能發(fā)出不同顏色的光,化學性質(zhì)很不活潑。
氧氣
①動植物呼吸②醫(yī)療急救③金屬切割④煉鋼⑤宇宙航行等
氮氣
①超導實驗
5、車②化工原料③作保護氣④食品充氮作防腐劑等
稀有氣體
①作保護氣②制多種用途的電光源③激光技術(shù)④液氦冷凍機等
六、空氣的污染及防治。
1、 造成空氣污染的物質(zhì):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(zhì)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(tài)平衡。
存在的環(huán)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、氟里昂的排放)、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(zhì)量監(jiān)測,改善環(huán)境狀態(tài)、植樹
6、造林、使用清潔能源。
5、目前空氣污染指數(shù)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(chǎn)”的方向發(fā)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(huán)境排放廢物③原料中的原子全部被消納,實現(xiàn)零排放(在化合反應中體現(xiàn))④生產(chǎn)出環(huán)境友好產(chǎn)品。見教材P32。
課題2 氧氣
一、氧氣的物理性質(zhì)
1、色、味、態(tài):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,略大于空氣。(可用向上排空法)
3、溶解性:氧氣不易溶于水。(可用排水法收集),
4、三態(tài)變化
7、:降溫后,氧氣可以變?yōu)榈{色的液體,甚至淡藍色雪花狀固體。
二、氧氣的化學性質(zhì)
(一)與非金屬(碳、硫、磷)的反應
1、木炭(黑色固體)燃燒
實驗現(xiàn)象:在氧氣中:劇烈燃燒,發(fā)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。
文字表達式:碳(C)+ 氧氣(O2)點燃
二氧化碳(CO2)
化學方程式 C + O2 CO2
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(nèi)的氧氣)。
2、硫粉(淡黃色)燃燒:
實驗現(xiàn)象:在空氣中:發(fā)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(fā)出明亮的藍紫
8、色的火焰, 放出熱量、生成一種帶有刺激性氣味的氣體。
文字表達式 硫(S) + 氧氣(O2) 點燃
二氧化硫(SO2)
化學方程式 S + O2 SO2
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(xiàn)象:在空氣中:發(fā)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(fā)出白光,放出熱量,生成大量的白煙
文字表達式:磷(P)+ 氧氣(O2)點燃
五氧化二磷(P2O5)
化學方程式:4P + 5O2 2P2O5
注意:五氧化二磷(P2O5)是固體,不是氣體
(二)與金屬(鎂、鐵)
9、的反應
1、鎂帶(銀白色固體)在空氣中燃燒
實驗現(xiàn)象:劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的白光,放出熱量,生成白色粉末狀固體。
文字表達式:鎂(Mg)+ 氧氣(O2)點燃
氧化鎂(MgO)
化學方程式:2Mg + O2 2MgO
2鐵絲(銀白色固體)在氧氣中燃燒
實驗現(xiàn)象:劇烈燃燒,火星四射,放出熱量,生成一種黑色固體。
文字表達式:鐵(Fe) + 氧氣(O2)點燃
四氧化三鐵(Fe3O4)
化學方程式:3Fe + 2O2 Fe3O4
注意: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(zhì)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
10、物(蠟燭、甲烷)的反應——產(chǎn)物均為:二氧化碳和水
實驗現(xiàn)象:比空氣中燃燒劇烈,發(fā)出白光,集氣瓶內(nèi)壁出現(xiàn)水珠,有使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體產(chǎn)生。
文字表達式:石蠟+ 氧氣(O2)點燃
二氧化碳(CO2)+ 水(H2O)
空氣中燃燒情況:燃燒產(chǎn)生黃色火焰,放熱,稍有黑煙。
(四)其他物質(zhì)與氧氣的反應
某些物質(zhì)在一些條件下,與氧氣發(fā)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(nóng)家肥的腐熟等等。
總結(jié):
1、氧氣是一種化學性質(zhì)比較活潑的氣體,在一定的條件下,能與許多物質(zhì)發(fā)生反應并放出大量的熱。在這些反應中,
11、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(zhì)在純氧氣中燃燒程度比空氣中燃燒要劇烈。說明物質(zhì)燃燒程度,與氧氣的濃度大小成正比;
3、物質(zhì)燃燒時有的有火焰,有的會發(fā)光,有的會冒煙。一般來說,氣體燃燒會有火焰產(chǎn)生,固體直接燃燒,產(chǎn)生光或者火星。生成物有固體,一般都會產(chǎn)生煙,即固體小顆粒;
4、物質(zhì)與氧氣反應不一定是燃燒現(xiàn)象,如緩慢氧化。
三、氧氣的用途
(1)、供給呼吸:醫(yī)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
四、反應類型:
①:化合反應:由兩種或兩種以上的物質(zhì)生成另一種物質(zhì)的反應。
可表
12、示為:A+B+…… → E (簡稱“多合一”)
②:分解反應:由一種反應物生成兩種或兩種以上其他物質(zhì)的反應。
可表示為:AB→A+B+……。(簡稱:“一變多”)
③:氧化反應:物質(zhì)與氧發(fā)生的化學反應。有氧氣參加的反應一定屬于氧化反應。氧化反應不一定是化合反應(石蠟的燃燒生成了水和二氧化碳兩種物質(zhì)),化合反應不一定是氧化反應。
課題3 實驗室制取氧氣
一、工業(yè)制法(分離液態(tài)空氣法)
空 氣
降溫加壓
液態(tài)空氣
蒸發(fā)
液態(tài)氧
氮氣
沸點低(—196℃),先蒸發(fā)出來
裝入天藍色鋼瓶中
沸點較高(—183℃)
原理:利用液態(tài)氧和液態(tài)氮的沸點不同?!锢碜兓ㄕ麴s
13、)
(1)具體過程
(2)注意: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:
表達式:過氧化氫(H2O2) MnO2
水(H2O) + 氧氣(O2)
化學方程式: 2H2O2 MnO2 2H2O+ O2 ↑
注: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)
注意事項:
①、分液漏斗可以用長頸漏斗代替,但其下端應該伸入液面以下,防止生成的氣體從長頸漏斗中逸出;
②、導管只需略微伸入試管塞
14、
③、氣密性檢查:用止水夾關(guān)閉,打開分液漏斗活塞,向漏斗中加入水,水面不持續(xù)下降,就說明氣密性良好。
④、裝藥品時,先裝固體后裝液體
⑤、該裝置的優(yōu)點:可以控制反應的開始與結(jié)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):
表達式:氯酸鉀(KClO3)MnO2
△
氯化鉀(KCl) + 氧氣(O2)
方程式:2KClO3 2KCl + 3O2 ↑
注意:MnO2在該反應中是
15、催化劑,起催化作用
②加熱高錳酸鉀:
表達式:高錳酸鉀(KMnO4)錳酸鉀(K2MnO4)+ 二氧化錳(MnO2)+ 氧氣(O2)
方程式:2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑
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:先下后上,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。松開手后,導管口出現(xiàn)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
16、;鐵夾應夾在試管的中上部
⑤加熱藥品:先使試管均勻受熱,后在反應物部位用酒精燈外焰由前向后加熱。
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;水排完后,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(為了排盡瓶內(nèi)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:
a). 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
b). 導氣管伸入發(fā)生裝置內(nèi)要稍露出橡皮塞:有利于產(chǎn)生的氣體排出
17、。
c). 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。
d). 排氣法收集氣體時,導氣管要伸入接近集氣瓶底部:有利于集氣瓶內(nèi)空氣排出,使收集的氣體更純。
e). 實驗結(jié)束后,先將導氣管移出水面,然后熄滅酒精燈:防止水槽中的水倒流,炸裂試管。
F、收集方法:
① 排水法(不易溶于水)
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(nèi),發(fā)現(xiàn)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(zhì)的反應速率(加快或變
18、慢),但本身的化學性質(zhì)和質(zhì)量在反應前后沒有發(fā)生變化的物質(zhì)。
2、 特點:兩不變(質(zhì)量、化學性質(zhì))、一改變(反應速率)
注意:①催化劑不能改變生成物的質(zhì)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,并不是所有反應的催化劑
④某一反應的催化劑可能不只一種
3、二氧化錳在一些反應中不只作催化劑,催化劑不一定就只有二氧化錳。(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(zhì)量和化學性質(zhì)不變,但質(zhì)量分數(shù)變大。
四、分解反應:
1、概念:由一種物質(zhì)反應生成兩種及以上物質(zhì)的反應
2、特點:一變多