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一、空气成分的发现
1、18世纪70年代,瑞典科学家舍勒和英国化学家普利斯特里,分别发现并制得了氧气。
2、1774年法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分,第一次明确提出了空气是由氧气和氮气组成,其中氧气约占空气总体积的1/5。拉瓦锡是第一个对空气组成进行探究的化学家,第一个用天平进行定量分析。
3、1892年英国物理学家瑞利与英国化学家拉姆赛合作发现空气中还存在着一种极不活泼的气体—氩
二、空气中氧气含量的测定
1、测定空气中氧气含量的实验原理:在一个密闭的容器里,用足量的红磷与容器内氧气反应,生成一种白色固体,燃烧结束时,温度降至室温时,瓶内气压减小,如果打开与外界相连的止水夹,烧杯中的水在大气压强作用下,流入密闭容器内,进入水的体积就是消耗氧气的体积。
磷+氧气→五氧化二磷
2、实验装置:
Ⅰ)、仪器:集气瓶、燃烧匙、导气管、烧杯、弹簧夹。
Ⅱ)、药品:红磷、水。
3、实验步骤:
Ⅰ)、先在集气瓶内加入少量水,并做上记号。
Ⅱ)、连接装置。
Ⅲ)、用弹簧夹夹紧乳胶管。
Ⅳ)、检查装置的气密性。
Ⅴ)、点燃红磷,伸入集气瓶内。
Ⅵ)、燃烧结束冷却后,打开弹簧夹。
4、实验现象:产生大量浓厚的白烟(白烟是五氧化二磷的小颗粒),放出大量的热量,冷却后打开止水夹,进入水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。
5、实验成功的关键:
Ⅰ)、红磷要过量
Ⅱ)、装置必须密封
Ⅲ)、导管内先注满水
Ⅳ)、冷却到室温后,打开弹簧夹。
6、实验分析与结论:
红磷燃烧生成的五氧化二磷固体极易溶于水,不占气体体积,磷的燃烧消耗了集气瓶内的氧气,冷却后,大气压把烧杯内的水压进集气瓶,压进的水约是集气瓶内消耗的氧气的体积,由此证明,空气中氧气约占空气总体积的1/5.
7、讨论与思考
Ⅰ)、为什么红磷必须过量,熄灭后瓶内还有没有残余的氧气?如果红磷的量不足,测得空气中氧气的体积分数偏大还是偏小?
红磷过量,燃烧时才能比较完全地消耗瓶内空气中的氧气,但不能完全消耗,因为氧气含量低时,红磷在这样的条件下不能继续燃烧,所以红磷熄灭后,瓶内仍有少量残余的氧气。如果红磷的量不足,则不能将集气瓶内空气中的氧气完全反应掉,集气瓶内水面上升不到原剩余空气体积的1/5,导致测得的空气中氧气的体积分数偏小
Ⅱ)、装置气密性不好,测得氧气的体积分数偏大还是偏小?
装置的气密性不好,当集气瓶内氧气耗尽时,瓶内压强减小,瓶外空气会进入集气瓶内,导致进入水的体积减小,测得的氧气的体积分数偏小。
Ⅲ)、导管事先未注满水,会引起测量结果如何改变?导管未注满水,燃烧冷却后,进入的水有一部分存在于导管中,所以集气瓶内水的体积减少,故氧气的体积减少,测量结果偏低。
Ⅳ)、装置未冷却就打开弹簧夹,测量结果偏高还是偏低?
因为温度较高时,气体压强较大,进入瓶内水的体积减少,引起测量结果偏低。
Ⅴ)、能否用硫、木炭、铁丝等物质代替红磷?
因为硫或木炭燃烧后生成的是二氧化硫和二氧化碳(都是气体),会弥补反应所消耗的氧气的体积,导致测量结果误差加大;而铁丝在空气中难以燃烧,瓶内空气的体积几乎不会变化,因而集气瓶内水面不会上升。
也不能用镁条代替红磷,原因是镁能与氮气反应,生成固体,使测得结果偏大。
Ⅵ)、该实验选择可燃物的条件:
①、该物质在空气中就能燃烧
②、该物质燃烧后生成的物质为固体
Ⅶ)、实验结果偏小的原因(氧气体积分数﹤21%):
①、红磷的量不足
②、装置气密性不好
③、未冷却室温就打开止水夹
Ⅷ)、实验结果偏大的原因(氧气体积分数﹥21%):
①、点燃红磷在插入集气瓶时赶走了瓶里部分空气
②、点燃红磷前未夹紧止水夹,使瓶里空气沿导管跑出
③、选用了能与氮气反应的物质如镁条。
三、空气的成分和组成
空气成分
O2
N2
CO2
稀有气体
其它气体和杂质
体积分数
21%
78%
%
%
%
四、纯净物和混合物
混合物
纯净物
组成
由多种物质组成,组成不固定
由一种物质组成,组成固定
表示方法
无固定符号
用专门符号表示,如氮气(N 2)等
性质
无固定的物理性质,各物质都保持各自的化学性质
有固定的物理性质和化学性质
举例
空气、海水、糖水等
氧气(O 2)、二氧化碳(CO 2)
联系
我们判断纯净物和混合物时,可根据化学符号(化学式)来判断,纯净物有自己的化学符号(化学式);混合物没有化学符号(化学式)。
五、 空气是一种宝贵的资源:
1、氮气的性质和用途
Ⅰ)、N2物理性质:是一种无色无味的气体,难溶于水,密度比空气得略小
Ⅱ)、N2化学性质:很不活泼,一般情况下不支持燃烧,也不能燃烧,不供给呼吸,在一定条件下可与某些物质反应,如:合成氨、制氮肥、生物固氮等。
Ⅲ)、N2用途:
①是制氮肥和***的重要原料。
②作保护气,如焊接金属时常用作保护气、灯泡中充氮气以延长使用寿命、食品包装时充氮气以防腐。
③医疗上用液氮治疗一些皮肤病和在液氮冷冻麻醉条件下做手术。
④超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能
2、稀有气体:
Ⅰ)、稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡等气体的总称,是混合物。
Ⅱ)、物理性质:是一种无色无味的气体,难溶于水。
Ⅲ)、化学性质:极不活泼,曾被称为惰性气体。
Ⅳ)、用途
①保护气,如焊接金属用稀有气体来隔绝空气等。
②电光源,稀有气体在通电时发出不同颜色的光。,
③用于激光技术
④氦气可做冷却剂
⑤氙气可作麻醉剂
3、空气的污染及防治措施
Ⅰ)、大气污染引发的三大环境问题
温室效应——使全球变暖
酸雨——使土壤酸化、破坏建筑物等。
臭氧空洞——使紫外线危害人类和动植物。
Ⅱ)、空气污染物及来源
Ⅲ)、空气污染防治措施
①加强空气质量监测:空气质量日报
②消除污染源:
a、减少化石燃料的使用,更多使用清洁能源。
b、革新工艺,使工厂减少废气排放。
③治理废气:
a、汽车尾气安装净化装置。
b、工厂废气处理后排放
④、植树、造林、种草,改善环境。
Ⅳ)、目前计入空气污染指数的项目:二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物(又称飘尘)和臭氧。
Ⅴ)、空气质量分级标准
污染指数
50以下
51-100
101-150
151-200
201-250
251-300
300以上
质量级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ(1)
Ⅲ(2)
Ⅳ(1)
Ⅳ(2)
Ⅴ
质量状况
好
良好
轻微污染
轻度污染
中度污染
中度重污染
重度污染