第2章 我们身边的物质 第一节 有多种物质组成的空气

第2章 我们身边的物质 第一节 有多种物质组成的空气

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？