第2章 我们身边的物质

第一节 有多种物质组成的空气

学习目标：

知识与技能：

1．能说出空气的主要成分，能用实验事实说明空气是混合物；

2．了解空气成分保持相对稳定的原因；

3．了解空气中各成分在生产、生活中的用途；

4．了解造成空气污染的主要原因，认识保持空气洁净的重要性；

过程与方法：

1．学会实验室研究氧气在空气中含量的实验，并理解各项注意点；

2．学会实验方法“捕捉”空气，采集空气样品

情感态度与价值观：

1．养成关心空气质量，自觉保护大气环境的良好习惯与责任感；

2．初步学会科学探究的思想

学习重点与难点：

1．空气的成分与探究空气成分的方法；

2．氮气和稀有气体的性质与用途；

3．人类需要洁净的空气和空气的污染。

学习内容：

一、探究空气的成分

1．测定空气（Air）中氧气体积分数的实验方法

（1）实验装置（如右图所示）

（2）实验现象：

a．点燃红磷后，打开止水夹前观察到红磷燃烧，发出黄白色火焰，产生大量的白烟，放出大量热；

b．待集气瓶冷却到室温后，打开止水夹，观察到白烟消失，烧杯中的水进入集气瓶中，其体积约占集气瓶容积的1/5；

c．等反应结束后，用燃着的木条伸入到集气瓶中，发现立即熄灭，说明集气瓶中不含有氧气（Oxygen），剩余的气体基本上都是氮气（Nitrogen）了。

（3）化学原理：红磷（P）+氧气（O2）点燃——→五氧化二磷（P2O5）

我们选择能和空气中氧气起反应，而不跟氮气及其他气体起反应的固体物质磷，利用氧气跟磷反应生成另一固体物质五氧化二磷，使密封容器中气体的量减少，减少的量恰好是氧气的量，引起密闭容器中的气体压强减少，外面大气压将烧杯中的水压入集气瓶中。

（4）思考问题：

a．实验中为什么要使用磷，而不用木炭？

答：木炭燃烧生成产物是二氧化碳气体[碳（C）+ 氧气（O2）点燃——→二氧化碳（CO2）]，集气瓶内气体压强在反应前后没有改变，烧杯中的水就无法进入集气瓶。

b．如果还是要利用木炭燃烧来完成实验，我们该怎样改进？

答：我们可以将烧杯中的水改为澄清石灰水或者是氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳气体，从而使气体压强同样也减少。

c．某同学进行该实验中，发现实验结果进入集气瓶中液体体积远不足1/5，为什么？

答：第一，红磷不过量。这样无法将集气瓶中的氧气完全消耗；

第二，装置漏气，外面的空气进入集气瓶，使得水进入的量就减少。

    d．其他相似的实验装置，如右图所示

2．空气的成分

（1）空气的成分按体积分数来分，大约是：氮气（N2）78%，氧气（O2）21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他杂质和气体0.03%；

（2）空气的主要成分一般是比较固定的。

提问：为什么空气中的氧气的含量会保持相对恒定呢？

答：动植物的呼吸、物质的燃烧、动植物的腐烂、钢铁的锈蚀都需要消耗大量的氧气。但是绿色植物在日光下进行光合作用，会放出大量的氧气。实验证明植物放出氧气的总量比它呼吸时需要氧气的量多20倍左右，这就是氧气量保持相对平衡的原因。

（3）空气的“捕捉”和证明空气存在的实验

a. 实验仪器：如右图所示

b. 实验过程中要注意气密性的检查，该装置的气密性如何检查？

答：在导管处关闭失水夹，向分液漏斗中加入一定量的水，观察液面，若漏斗中的液面不持续下降，则说明该装置气密性良好。

c. 排水集气法：收集的气体不易溶于水，也不与水发生反应。

在捕捉空气的实验里，用水可以把空气从瓶子里“赶出”，空气又可以把水从瓶子里“赶”出来“取而代之”，这说明空气有什么性质？

（4）混合物（mixtrue）与纯净物（pure substance）

a. 混合物有两种或两种以上的物质混合而成的，而纯净物则只有一种物质组成的；

b. 纯净物有固定的组成，混合物没有固定的组成，各成分的含量可以改变；

c. 混合物中各种物质的化学性质与它处于纯净物时的化学性质相同。

二、氮气和稀有气体

1．氮气

（1）物理性质：氮气在通常情况下是无色无味的气体。

（2）化学性质：

a. 在常温下，氮气很难与其他物质发生化学反应；

b. 在某些情况下，氮气可以与某些物质起化学反应。

（3）用途：

a. 用氮气做灯泡的填充气（主要是白炽灯内填充氮气，如果灯泡中含有空气，则钨丝容易被被氧化而烧断，如果被抽成真空，钨丝就容易被气化而断）

b. 液态氮气用于医疗手术（冷冻细胞，杀伤细胞，防止癌细胞扩散）

c. 用氮气做粮食和蔬菜贮藏的保护气（氧气含量少，减缓呼吸作用，保持新鲜）

d. 用氮气制氮肥（人工固氮，工业制氨气N₂ + 3H₂ 催化剂===2NH₃）

2．稀有气体

（1）稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称，这些气体都是无色无味的气体。

（2）稀有气体一般不与其他物质发生化学反应，但在一定条件下，有些稀有气体也能跟某些物质发生化学反应，生成新物质，例如：人们已经制取了二氟化氙，四氟化氙等；

（3）稀有气体的用途：

a. 工业生产中作为保护气

b. 有些稀有气体用作于霓虹灯（氖灯——红光灯：透雾性强，氙灯：发光强度高）

c. 用氦气代替氢气填充气球，不会发生爆炸；

d. 用氦气代替氮气跟氧气混合制的“人造空气”供潜水员呼吸，不会发生“气塞症”；

e. 医学上可应用氙气做麻醉剂。

三、人类需要洁净的空气

1．排放到空气中的有害物质分为粉尘和气体两类；

2．排放到空气中的有害气体主要为二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）和一氧化碳（CO）

3．空气质量日报中的主要污染物：可吸入颗粒物，二氧化硫和二氧化氮

4．有害物质的主要来源：矿物燃料（煤和石油）的燃烧，工厂和汽车的尾气

5．空气污染的危害：

a. 对人体健康的危害：引起感官和生理机能不适应；

b. 对植物的危害：空气污染物的含量超过植物的承受限度，会使植物的细胞核组织器官受到伤害

c. 对器物的危害：对建筑材料及金属的腐蚀，降低物品的寿命

6．防治空气污染的方法：监测空气质量；研制开发新的洁净能源；处理工厂和汽车的尾气

补充问题：

（1）水加热到一定温度，还未烧开时就有气泡冒出。这些气泡是什么？这一现象说明什么？

答：这些气泡就是空气，说明空气有部分能溶于水

（2）如果把自然界水里溶解气体收集起来，分析的结果是氧气的体积分数大于氮气的体积分数，此现象说明了什么？

答：这个现象说明了氮气和氧气比较，氧气比氮气易溶于水。

（3）用氦气代替氮气与氧气混合，可得到“人造空气”。人造空气用于代替空气供深海潜水员呼吸。因为用空气供潜水员呼吸时，在压强较大的深海里，会有较多的氮气溶解在潜水员的血液里，当潜水员从深海上升，血液里的氮气将成为气泡释放出来，大量气泡会阻塞微血管，引起病变。用人造空气可以避免这种问题。人造空气可以用氦气代替氮气的原因是什么？

答：氦气不容易溶解于血液中

（4）用一只碗、一只直筒形的玻璃杯、一截蜡烛、一块小木块、水和火柴，设计空气中氧气含量测定实验，并在家里做实验，测定2~3次。把你的实验结果和课文实验的结果相比较，结果是不是显得不够准确？你知道其中的原因吗？

（5）讨论题：怎样保持居室内空气的洁净？怎样使公共场所的空气保持新鲜？为什么在公共场所要禁止吸烟？

（6）在田地里焚烧秸秆有什么不好？为什么要扩大园林面积和城市绿地？为什么要提倡用煤气和石油液化气代替民用煤炭？

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