第 5 讲-常见的化学物质模块 1 空气与氧气一、空气中的组成1.空气中的组成空气是一种混合物，按照组成成分的体积分数从大到小分别为氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（0.94%）、二氧化碳（0.03%）、其他气体和杂质（0.03%）。

【注意】①以上的数据所指均为体积分数；②空气中各组分的体积分数可能发生变化，但是一般情况下相对稳定。

2.空气中各组分的性质与用途（1）氮气【物理性质】无色无味的气体，不易溶于水，密度比空气的密度略小。

【化学性质】化学性质不活泼，一般情况下不能支持燃烧，不能供给动植物呼吸。

【用途】①制硝酸和化肥的重要原料；②化学性质不活泼：用作保护气（焊接金属时作保护气、灯泡充氮延长使用寿命、食物充氮防腐）；③医疗上在液氮冷冻麻醉条件下做手术；（2）氧气【物理性质】无色无味的气体，不易溶解于水，密度比空气的密度略大；【化学性质】化学性质活泼，具有助燃性（支持燃烧），可以供给动植物呼吸。

【用途】①医疗保健（供给呼气，如：潜水作业、登山运动、高空飞行、医疗抢救）；②国防工业（现代火箭助燃剂、超音速飞机中作氧化剂；可燃物质浸渍液氧液氧炸弹）；③冶金工业（在冶钢过程中，缩短冶炼时间、提高产量、提高产品的质量）。

稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气的总称）【物理性质】没有颜色，没有气味的气体，难溶于水。

通电时能发出不同颜色的光。

【化学性质】化学性质稳定。

所以稀有气体又叫做惰性气体。

【用途】①用作保护气（焊接金属时作保护气、灯泡中充入稀有气体使灯泡耐用）；②用作光源（如航标灯、强照明灯、闪光灯、霓虹灯等）；③用于激光技术；④氦气可作冷却剂；⑤氙气可作麻醉剂。

（4）二氧化碳【物理性质】无色无味的气体，能于水，密度比空气密度大。

【化学性质】化学性质不活泼，不具有可燃性并且不支持燃烧。

【用途】①消防事业，二氧化碳是灭火剂；②绿色植物光合作用的主要原料；③制造干冰。

3.空气污染和防治（一）空气污染的污染物是有害气体和烟尘。

【污染源】包括煤、石油等化石燃料燃烧产生的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳（三大有害气体），还包括工业废气等方面。

计入空气污染指数的项目为：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物和臭氧等。

防治空气污染：加强大气质量监测；改善环境状况；减少使用化石燃料；使用清洁能源；积极植树、造林、种草；禁止露天焚烧垃圾等。

二、氧气的性质1.物理性质常温常压下为无色无味的气体；不易溶解于水；密度比空气的密度略大；压强为 101kPa 时，氧气在约-183℃ 时为淡蓝色液体，在约-218℃时变成淡蓝色雪花状固体。

2.化学性质化学性质活泼，具有助燃性（支持燃烧）；可以供给动植物呼吸。

物质反应现象化学方程式磷在氧气中，剧烈燃烧，放出大量热，产生大量白烟4P+5O2点燃2P2O5木炭①在空气中，发出红光，放出热量，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体；②在氧气中，剧烈燃烧，并发出白光，放热、生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体C+O2点燃CO2硫①在空气中，燃烧，发出淡蓝色火焰，放热，生成一种有刺激性气味的气体;②在氧气中，剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出大量的热、生成一种有刺激性气味的气体S+ O2点燃SO2铁铁在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体3Fe+2O2点燃Fe3O4镁在空气中，剧烈燃烧，发出耀眼的白光、生成白色粉末2Mg+O2点燃2MgO 【注意事项】（1）木炭燃烧实验：木炭应该由上向下缓慢伸进盛有氧气的集气瓶中原因：为了保证有充足的氧气支持木炭燃烧，防止木炭燃烧生成的二氧化碳使木炭熄灭，确保实验成功。

（2）硫燃烧实验：在集气瓶底加入少量水或氢氧化钠溶液原因：可以吸收有毒的二氧化硫，防止造成空气污染。

（3）细铁丝在氧气中燃烧的实验：①将细铁丝盘成螺旋状，是为了增大细铁丝与氧气的接触面积。

②把细铁丝绕在火柴上是为了引燃细铁丝，使细铁丝的温度达到着火点。

③待火柴快燃尽时才缓慢插入盛有氧气的集气瓶中，是为了防止火柴燃烧时消耗氧气，保证有充足的氧气与细铁丝反应。

④由上向下缓慢伸进盛有氧气的集气瓶中是为了防止细铁丝燃烧时放热使氧气从集气瓶口逸出，保证有充足的氧气与细铁丝反应。

⑤集气瓶里预先装少量水或在瓶底铺上一薄层细沙，是为了防止生成的高温熔融物溅落使集气瓶瓶底炸裂。

4.化合反应和氧化反应化合反应：由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应，特点：多变一。

氧化反应：物质与氧气发生的反应属于氧化反应。

三、空气中氧气含量的测定1.拉瓦锡测定空气成分的实验二百多年前，法国化学家拉瓦锡通过实验，得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的 1/5 的结论。

实验中涉及的化学方程式有：2Hg+O22HgO 和2HgO 2Hg+O2↑。

2.实验室测定空气中氧气含量【实验原理】4P+5O22P2O5【实验装置】如右图所示。

弹簧夹关闭。

集气瓶内加入少量水，并做上记号。

【实验步骤】①连接装置，并检查装置的气密性。

②点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子。

③待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹。

【实验现象】①红磷燃烧，产生大量白烟；②放热；③冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶空气总体积的 1/5。

【实验结论】①红磷燃烧消耗空气中的氧气，生成五氧化二磷固体；②空气中氧气的体积约占空气总体积的 1/5。

3.注意事项（1）在集气瓶底加水的目的：吸收有毒的五氧化二磷,、吸收热量。

（2）不要用木炭或硫代替红磷。

原因：木炭和硫燃烧尽管消耗气体，但是产生了新的气体，气体体积不变，容器内压强几乎不变，水面不会有变化。

特殊情况：如果预先在集气瓶内放入氢氧化钠溶液，就可以用硫代替红磷进行实验。

（3）不要用镁代替红磷。

原因：镁在空气中燃烧时能与氮气和二氧化碳发生反应，这样不仅消耗氧气，还消耗了氮气和二氧化碳，使测量结果偏大。

（4）不能用铁代替红磷。

原因：铁在空气中不能燃烧，只能烧至红热，不能耗尽集气瓶中氧气。

4.误差分析（1）结果小于 1/5 的原因：①红磷量不足。

如果红磷的量不足，集气瓶内的氧气没有被完全消耗，测量结果会偏小。

②装置气密性不好。

如果装置的气密性不好，集气瓶外的空气进入集气瓶，测量结果会偏小。

③未冷却至室温就打开弹簧夹，导致测量结果偏小。

（2）结果大于 1/5 的原因：①红磷点燃后伸入集气瓶过慢；②未使用弹簧夹或弹簧夹未夹紧。

5.空气中氧气含量测定的其他装置模块 2 碳和碳的氧化物一、混合物和纯净物混合物纯净物定义两种或多种物质混合而成叫混合物只由一种物质组成的叫纯净物特点组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，它们各自保持着原来的性质纯净物可以用化学式来表示常见实例空气、溶液、合金、加碘盐、天然气、自来水、矿泉水等能用化学式表示的所有物质。

冰水混合物、水蒸气是纯净物二、碳单质及其性质（一）碳单质1.“碳”和“炭”的区别：“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。

2.金刚石、石墨、C60（1）由碳元素组成的三种不同的单质→在一定条件下，将石墨转化为金刚石的变化是化学变化。

（2）金刚石、石墨的物理性质和用途金刚石石墨足球烯（C60）原子排列结构立体网状片层结构三维空心球状物理性质无色透明、正八面体的固体、天然最坚硬物质、不导电深灰色、有金属光泽、细鳞片状固体、软而滑、导电性良好金属光泽、超导性、超磁性用途切割玻璃、装饰品、刻刀铅笔芯、润滑剂、电极半导体、催化剂注意：⏹金刚石是天然存在的最硬的物质。

⏹无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，没有固定形状。

⏹C60分子是一种由 60 个碳原子构成的分子，它形似足球，这种足球结构的碳分子很稳定。

（3）金刚石、石墨、C60 性质不同的原因：碳原子的排列方式不同。

颜色、状态制法用途木炭灰黑色的多孔性固体木材隔绝空气加强热燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属活性炭灰黑色多孔颗粒状固体木炭在高温下用水蒸气处理净化多种气体和液体、作防毒面具焦炭浅灰色多孔性固体烟煤隔绝空气加强热冶炼金属炭黑极细的黑色粉末含碳物质不完全燃烧墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料⏹木炭、活性炭具有吸附性（物理性质）。

活性炭的吸附性更强。

（二）碳单质的化学性质1.稳定性：在常温下，碳的化学性质不活泼。

2.可燃性：碳在氧气中燃烧的现象：燃烧剧烈，发出白光；放热；生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。

C+O2CO2（充分燃烧）2C+O22CO（不充分燃烧）3.还原性：（1）还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。

C+2CuO 2Cu+CO2↑2Fe2O3+3C 4Fe+3CO2↑2CO+O22CO2单质碳的还原性可用于冶金工业。

（2）木炭还原氧化铜的实验（见右图）【实验操作】木炭+氧化铜① 把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；② 将试管固定在铁架台上。

试管口装有通入澄清石灰水的导管；③ 集中加热；④ 过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。

观察现象并分析。

澄清的石灰水① ⑤ ⑥②③ ④⑦【实验现象】澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。

【化学方程式】C+2CuO2Cu+CO 2↑⏹ 反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。

⏹ 在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度。

⏹ 配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。

⏹ 实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。

三、一氧化碳的性质（一）一氧化碳的物理性质无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。

注意：一氧化碳只能用排水法收集，不能用向下排空气法收集。

（二）一氧化碳的化学性质1.一氧化碳具有可燃性： 2CO+O 22CO 2【燃烧的现象】① 发出蓝色火焰； ② 放热； ③ 生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。

2. 一氧化碳具有毒性：原因：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。

3. 一氧化碳具有还原性：3CO+Fe 2O 3 2Fe+3CO 2 CO+CuOCu+CO 2（三）还原性实验1. 一氧化碳还原氧化铜的实验：【实验装置】见下图（这是整套装置，但只需掌握虚线框中内容，并且下文的操作、现象、结论仅针对虚 线框内的实验装置）。

⏹ 1-稀盐酸 2-大理石 3-碳酸氢钠溶液 4-浓硫酸 5-木炭 6-氧化铜 7-氢氧化钙溶液（1） 【实验操作】① 先通入一氧化碳，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度； ② 点燃酒精灯给玻璃管内的物质加热； ③ 实验完毕，先熄灭酒精灯；④ 再通入一会儿一氧化碳直到试管冷却。

（2） 【实验现象】黑色粉末变成红色，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。