化 学







化 学





第一章 千变万化的化学世界


  现在,我们开始学习一门新的自然科学——化学。什么是化学?为什么 要学习化学?怎样锿学好化学?这就是本章要解答的问题。
  我们生活在五彩缤纷的物质世界里。蓝天上的白云,江河里的流水,山 上的岩石,地下的矿藏,花草树木,虫鱼禽兽,以及我们身体各个器官的组 织,都是由形形色色、丰富多彩的物质组成的。

一、物质的变化


  自然界里的物质,每时每刻都在不停地变化着。例如,江河湖海里的水, 能蒸发变成水蒸气,在天空中形成朵朵白云,遇冷以后就会凝成雨滴或雪花 降落在大地上。
实验 1—1 水的状态变化
把盛有少量水的试管,斜夹在铁架台上
(图 1—1)。用酒精灯在试管底部小 心加热。当水沸腾后,把一块洁净的玻 璃片移近试管口,观察玻璃片上有什么 现象发生。
  通过实验看到,水遇热变成水蒸气,虽然物质的状态发生了变化,但没 有生成其他物质。这种没有生成其他物质的变化叫做物理变化。在我们生 活的周围,有许多类似的变化。例如,小麦磨成面粉、酒精和汽油的挥发、 铁水铸成锅、蜡烛受热熔化等都是物理变化。
物质的变化是多种多样的。除物理变化外,还有其他变化。
实验 1—2 镁带的燃烧
取一段镁带(约 5cm),用坩埚钳夹住, 在酒精灯火焰上点燃(图 1—2),观察产 生的现象。
  实验表明,镁带燃烧时放出大量的热,同时发出耀眼的白光,镁带逐渐 “消失”,在石棉网上留下一种不同于镁的白色固体物质——氧化镁。
  节日里燃放的焰火中,有时出现闪烁的银光,这是镁粉燃烧时发生的现 象。这个变化可以表示如下:
  
镁 + 氧气

点燃? 氧化镁



             实验 1—3 加热碳酸氢铵
取少量碳酸氢铵(一种化肥),放入干燥 的试管里,使试管口略向下倾斜着固定在铁架 台上。用酒精灯微热试管底部,约半分钟后, 将湿润的红色石蕊试纸放在试管口(图 1-3, Ⅰ),观察有何变化。
将火移去。立即用带有弯导管的橡皮塞将 试管口塞紧,弯导管的另一端插入澄清石灰水 中(图 1—3,Ⅱ),再加热,直到碳酸氢铵完 全消失。观察有何现象。







实验表明,碳酸氢铵加热时,生成一种有刺激性气味的气体,这种气体
是氨气,它能使湿润的红色石蕊试纸变为蓝色;同时还生成一种能使澄清石 灰水变浑浊的气体,这是二氧化碳;此外,还可以看到在靠近试管口部的内 壁上出现雾状小水珠。证明碳酸氢铵受热,生成氨气、二氧化碳和水三种其 他的物质。这个变化可以表示如下:

碳酸氢铵

加热? 氨气 + 二氧化碳 + 水

  镁带燃烧和碳酸氢铵受热这两个实验的共同特征是物质变化时都生成 了其他的物质,这种变化叫做化学变化,又叫做化学反应。在化学变化中, 都伴随着发生能量的变化。此外,还可能有发光、变色、放出气体、生成沉 淀等。这些现象常常可以帮助我们判断有没有化学变化发生。

二、物质的性质


  物质在化学变化中表现出来的性质叫做化学性质。例如,镁能在空气中 燃烧生成氧化镁;碳酸氢铵受热后能生成氨气、二氧化碳和水;铁在潮湿的 空气中能生锈;汽油、酒精、煤气、木柴能燃烧等,都是它们的化学性质。 物质不需要发生化学变化就表现出来的性质,如颜色、状态、气味、熔
点、沸点、硬度、密度、溶解性等,叫做物理性质。
  为什么各种物质具有不同的性质呢?这与它们的构成有关。那么,物质 又是由什么构成的呢?

三、物质的构成


  早在 2000 多年以前,古希腊的哲学家德谟克利特(Democritus,约公 元前 460~前 370)就曾经思考过这个问题。有一次他到河边散步,站在沙 滩上凝视着水中的鱼群,思索着鱼为什么能在水中游来游去?他想:河里的 水是一个不可分割的整体,还是由分到最后不能再分的微粒构成的呢?如果 是不可分割的整体,为什么鱼可以在它中间自由自在地游来游去呢?当他发 现自己的双脚排开沙粒而陷入沙滩之后,恍然大悟,他认为水也可能是由无 数个不能再分的微粒构成的。在此基础上,他又对许多现象进行了观察、分 析,认为所有的物质都是由不能再分的微粒构成的。
  人们经过长期的科学实验和分析,证明物质确实是由许许多多肉眼看不 见的分子、原子等微粒构成的。
  在日常生活中,许多现象都能帮助我们理解分子是构成物质的一种微 粒。例如,湿衣服晾晒干就是由于水的分子在风吹日晒下扩散到空气中去 了。当我们走到鲜花盛开的花圃附近,由于具有香味的分子扩散到空气中, 飘进我们的鼻孔,就闻到香味。把糖块放进水里溶解,水就有了甜味,说明
  




糖的分子扩散到水分子的间隙之中。
  【议一议】把 1 体积的玉米(或大豆)跟 1 体积的小米混合起来,总体 积是否等于 2 体积?为什么?
下面再来观察和研究两种液体混合的实验。
实验 1—4 水和酒精等体积混合
取一根长约 30cm,直径约 1cm 的玻璃管 将下端管口封闭,在离管底 10cm 处和 20cm 处 分别捆 1 个橡皮筋作标记。先向玻璃管中注入 蒸馏水至 10cm 处(图 1—4,Ⅰ),然后再向 管中注入酒精至 20cm 处(图 1—4Ⅱ),用手 指堵住管口,反复颠倒玻璃管,再使玻璃管竖 直(图 1—4,Ⅲ),观察液面有何变化。
  实验表明,水跟酒精均匀混合后,总体积小于混合前它们的体积之和。 这是因为水分子和酒精分子互相渗入对方分子之间的空隙里。如果在一杯清 水中,滴入几滴红墨水,不久,整杯水都变成红色。这说明分子是构成物质 的一种微粒,分子之间有空隙,也说明分子在不停地运动。
气态物质的分子之间的间隔很大,而液态和固态物质的分子之间的间隔
都很小。物质的三态变化,其实质就是分子间间隔的增大或缩小。例如,水 在受热时,水分子的运动加速,水分子之间的距离增大,就变成了水蒸气。 水蒸气遇冷时,分子运动的速度减慢,分子之间的距离缩小,而凝结成液态 的水。
虽然水蒸气和水的状态不同,但都是由水分子构成的。变来变去水分子
本身没有改变,水的化学性质没有改变,它属于物理变化。当物质发生化学 变化时,它的分子起了变化,不能保持原物质的化学性质。所以,分子是保 持物质的化学性质的一种微粒。同种物质的分子,性质相同;不同种物质 的分子,性质不同。

分子的体积很小。有人计算过,如果 1 滴水的体积约是 1/20mL,大约含
有 1.67×1021 个水分子。假设水分子可以一个一个地去数,每人每分钟能数
100 个,让 10 亿人日夜不停地数,需要 3 万年才能数完。你能想象出地球跟 乒乓球的体积比吗?乒乓球跟水分子的体积比也近似这么大。分子的体积这 么小,我们用肉眼是看不到的。现在,已能通过科学仪器把分子放大几十万 倍来进行拍摄。图 1—5 就是用扫描隧道显微镜拍摄的苯分子图像的照片。 这有力地证实了分子是真实存在的。
分子的质量非常小。例如,1 个水分子的质量大约是 3×10-26kg。在 1g
水里约含有 330 万亿亿个水分子。

四、化学研究的主要任务







物质发生的化学变化,有些对人类的生存和发展有利。例如,煤炭、石
油、天然气燃烧生成大量的热,为我们提供能源;利用石油作原料,制造塑 料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、药品等,满足我们的各种需要。有些化 学变化对人类的生存和发展不利。例如,食品的腐烂、金属的锈蚀等。如何 发展对人类有利的化学变化,抑制不利的变化,是化学研究的一项主要任 务。化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的一门基础自然科学。 我国是世界上具有悠久文明历史的国家之一。我们的祖先在很早以前, 就利用物质的变化制取所需要的物质。譬如,早在 5000 多年前,就能用粘 土制造彩陶;商代已能制造精美的青铜器;春秋晚期能炼铁;战国时期已有 炼钢技术;东汉时期发明了造纸术;唐代制作黑火药的技术已在民间广为流 传。这些发明都为人类文明的进步和发展作出了重要贡献。但是,到了近代, 由于封建制度腐败和帝国主义的侵略,使我国科学技术的发展停滞了。在解 放前,生产处于落后状态,甚至连煤油、烧碱等都要依赖国外进口。解放后, 我国的石油、化学等工业起了巨大的变化,化学工业已发展成为一个具有一 定规模、行业基本齐全的工业部门。化学科学研究也不断取得新成就,例如, 我国在世界上首先人工合成了结晶牛胰岛素等构成生命的物质;原子弹、氢 弹、导弹的试验成功;人造地球卫星的成功发射和准确回收等。这些都标志
着我国科学技术已达到了世界先进水平。
  河北省地处华北平原,东临渤海,西倚太行山,幅员广阔。地下的煤炭、 石油,山脉的岩石、矿藏,海水中的盐分,都是化学工业的宝贵资源。改革 开放以来,新建和扩建了一批大、中型炼油厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂、 化肥厂、化纤厂、玻璃厂、制药厂、胶片厂等,对河北省的经济发展起着重 要作用。
我们要学习一些化学基本概念和基本原理,学会运用化学知识解释或解
决生产和生活中的一些化学现象和问题,为将来从事化学科学研究、工农业 生产、保护自然环境等奠定基础。可见,学习化学是提高 21 世纪公民素质 的需要。
怎样才能学好化学呢?因为化学是一门以实验为基础的自然科学,在学
习中一定要重视实验,做好实验;要熟悉重要物质的组成和性质;要理解化 学基本概念和基本规律;要了解化学知识在生产和生活中的应用,做到理论 联系实际;要掌握常用的化学用语;要不断提高自己的观察、思维、实验和 自学等方面的能力。
  为了振兴中华,加速我国社会主义现代化建设,对人类的文明进步作出 新贡献,我们一定要努力学好化学。
【议一议】什么是化学?为什么要学习化学?怎样才能学好化学?

课外小实验





观察蜡烛燃烧
  观察蜡烛的颜色、状态、构造,然后点燃,观察燃烧时火焰的情况及各 种现象,几分钟后熄灭蜡烛。将仔细观察到的各种现象记录下来。

全章小结


一、什么是化学 化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的一门基础自然科
学。
二、物质的构成 分子是构成物质的一种微粒。分子是保持物质的化学性质的一种微粒。
同种物质的分子性质相同,不同种物质的分子性质不同。分子的体积很小, 质量也很小,分子之间有间隔,分子在不停地运动着。
三、物质的性质、变化
1.物质的性质
  (1)物理性质 物质在不需要发生化学变化就表现出来的性质(如状 态、颜色、气味、熔点、沸点、密度、溶解性等)。
(2)化学性质 物质在化学变化中表现出来的性质。
2.物质的变化
(1)物理变化 没有生成其他物质的变化。
(2)化学变化(化学反应) 物质变化时生成了其他物质的变化。

复 习 题

1.填写下列空白
  (1)分子是保持物质 的一种 。同种物质的分子,化学性 质 ;不同种物质的分子,化学性质 。
(2)物质在化学变化中表现出来的性质叫做 性质,不需要通过化
学变化表现出来的性质叫做 性质。
  (3)一般物质(如水)在不同条件下有三态(固、液、气)的变化, 主要是由于构成该物质的 等缘故。
2.将正确答案的序号填入括号内
(1)下列变化属于物理变化的是 [ ]
(A)灯泡通电发热发光
(B)木炭燃烧发热发光
(C)蜡烛燃烧
(D)碳酸氢铵受热变成气体
(2)下列变化属于化学变化的是 [ ]





(A)酒精燃烧
(B)汽油挥发
(C)薄铁板制成铁桶
(D)冰融化成水
(3)湿衣服在阳光下晒干是因为 [ ]
(A)水分子受热起了化学变化
(B)水分子不断运动而扩散到空气中去了
(C)水分子变成了其他物质的分子
(D)水分子渗透到衣服中去了
3.利用分子的观点解释下列现象
(1)水在夏天比在冬天蒸发得快。
(2)压瘪了的乒乓球用开水浸泡后,可以复原。
(3)汽油桶必须把盖拧紧密封,存放在阴凉处。
4.判断下列各题的说法是否正确,并将错误的说法改正
(1)玻璃破碎时因为没有新物质生成,所以没有发生变化。
(2)镁带在空气中燃烧生成了其他物质,所以是化学变化。
  (3)凡有颜色变化或发光发热或生成气体,或产生沉淀等现象的变化 是化学变化。
5.到附近的化工厂进行调查,了解该厂主要生产的产品及其用途,并了
解该厂主要使用哪些化工原料。





第二章 空气 氧


  我们生活的地球被一层约 2000km~3000km 厚的空气包围着。人类和生 物如果离开空气,就无法生存。空气除了供给呼吸外,还是人类生存和发展 的宝贵自然资源。那么,空气是由哪些物质组成的?空气有哪些重要用途? 什么是空气的污染?应当怎样保持空气的洁净?本章将要讨论这些问题,并 着重研究空气中的一种重要成分——氧气。
  




第一节 空气——宝贵的自然资源

一、空气成分的研究


  人们尽管天天生活在空气中,但对空气的科学认识却是很晚的。人们曾 长期把空气看做是一种单一的物质。直到 18 世纪,当科学家们对空气成分 做了深入研究后,才认识到空气并不是由单一的物质组成的。空气究竟是由 哪些物质组成的呢?让我们通过实验来研究这个问题。
实验 2—1 空气里氧气含量的测定
在一湿润的广口瓶的瓶口上,配一只 带有燃烧匙和玻璃导管的橡皮塞;导管的另 一端伸入盛水的烧杯里。将广口瓶的容积分 为 5 等分。点燃盛在燃烧匙中过量的红磷, 并立即塞紧橡皮塞(图 2—1),待停止燃
烧后,打开弹簧夹,仔细观察现象。
  通过实验看到,红磷燃烧时有大量白烟生成;当打开弹簧夹时,烧杯里 的水通过导管流入广口瓶里,且流入水的体积约占广口瓶容积的 1/5。为什 么红磷燃烧时只消耗了广口瓶内空气的 1/5,而不是全部呢?这是因为红磷 燃烧只消耗了空气中的氧气,它约占空气体积的 1/5。广口瓶内剩余的约 4/5 体积的气体,主要成分是不能支持燃烧的氮气。
在研究空气成分的过程中,许多科学家都曾做过类似的实验。在 18 世
纪 70 年代,瑞典化学家舍勒(K.W.Scheele,1742~1786)和英国化学家普 利斯特里(J.Priestley,1733~1804)曾先后发现并制得了氧气。法国化 学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743~1794)在前人工作的基础上,通过实 验得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。


选学
拉瓦锡研究空气成分的著名实验


拉瓦锡把少量汞(俗称水银)放在密闭的曲颈甑里,连续加热 12 天(图
2—2),发现水银沸腾后有一部分变成红色粉末,同时容器中空气的体积差 不多减少了 1/5。拉瓦锡把点燃的蜡烛放入剩余的那部分气体中,烛火立即 熄灭;把小鼠放进去,小鼠窒息而死。这说明剩余的气体既不能供给呼吸, 维持动物的生命,也不能支持燃烧。它就是氮气(拉丁文原意是“不能维持 生命”)。


  拉瓦锡把水银表面上所生成的红色粉末(后来证明是氧化汞)收集起 来,对它加强热,又得到了水银和一种气体。这种气体跟普利斯特里等人所
  




制得的氧气性质相同,证明它是氧气。而且氧气的体积恰好等于密闭容器里
所减少的空气的体积。他把这些氧气重新加到原先的玻璃罩里,跟剩余的气 体混合,结果得到的气体跟空气的性质完全一样。通过这些实验,拉瓦锡得 出了空气是由氧气(约占 1/5 体积)和氮气(约占 4/5 体积)组成的结论。

稀有气体的发现


  在 19 世纪末以前,人们深信空气中仅含有氧气和氮气。1882 年,英国 物理学家雷利(Lord Rayleigh,1842~1919)在研究空气中各种气体的密 度时,偶然发现从空气中分离得到的氮气密度,比从含氮物质里制得的氮气 密度大 0.0064g/L。对于这微小的差异,开始他认为是在测定中发生的误差 所致。但经过反复测定,结果仍相差 0.0064g/L。他排除了测定误差的可能, 并推测从空气中分离出的氮气中一定还含有未知的气体。经过 12 年不懈努 力,他终于从空气中分离出一种新的气体。与此同时,英国化学家拉姆塞(Sir W.Ramsay,1852~1916)用其他方法也从空气中得到了这种气体。由于这种 气体极不活泼,所以命名为氩(拉丁文原意是“懒惰”)。在以后的几年里, 拉姆塞等人又从空气中陆续发现了氦、氖、氪、氙等气体。长期以来人们习 惯称它们为“惰性气体”,近年来发现有些惰性气体在一定条件下也能跟其 他物质发生化学反应,因此称它们为惰性气体就不很恰当,故改称为稀有气
体。


  19 世纪末到 20 世纪前期,由于科学家们的不懈努力,通过精确的实验 证明,空气中除含有氧气、氮气外,还含有少量的稀有气体、二氧化碳、水 蒸气、其他气体和杂质。空气的成分按体积含量计,大致是氮气 78%、氧气
21%、稀有气体 0.94%、二氧化碳 0.03%、水蒸气及其他气体和杂质 0.03
%(图 2—3)。空气的成分,一般来说是相对稳定的。但由于地区、环境不 同,会有不同程度的变化。

二、混合物与纯净物


  空气中的氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等各种物质,在通常的条件 下,它们保持各自原来的性质。这些物质只是混合在一起,相互之间并没有 发生化学反应。我们把这类由多种物质混合而成的物质叫做混合物。凡由分 子构成的物质,它们的混合物是由不同种分子混合而成的。
  纯净物跟混合物不同,像氧气、氮气、二氧化碳这样的物质,都是由一 种物质组成的叫做纯净物。从分子的观点来看,氧气只是由氧分子构成的, 凡由分子构成的物质,如果是由同种分子构成的就是纯净物。一般来说,世 界上没有绝对纯净的物质。在黄金饰品里常有“赤金”、“足金”之称。然
  




而,“金无足赤”就是说完全纯净的黄金是没有的。通常说的“24K 金”,
仅指含金量达 99.99%以上。

三、空气主要成分的用途


  氮气是空气中体积分数最大的一种气体。纯净的氮气是没有颜色、没有 气味、没有味道的气体。它的密度比空气略小。在水中很难溶解。在常压下, 氮气冷却到-196℃时变成无色的液体。液态氮是一种优良的冷冻剂,在医学 上用来保存血液和活组织。例如,新鲜血液通过液氮冷冻处理制成的冻干人 血浆,可以保存 5 年左右。在科学研究中常用液氮制造低温环境。由于氮气 不能供给呼吸,在氮气中害虫会窒息,植物的代谢作用会减慢,所以氮气常 被用于保藏珍贵的书画,贮藏粮食、蔬菜、水果等。由于氮气的化学性质不 活泼,不容易跟别的物质起反应,工业上利用氮气作焊接金属的保护气。也 用于充填灯泡以减慢钨丝的蒸发,使灯泡经久耐用。
以氮气和氢气为原料可以合成氨气。氨气再经一系列的化学反应,可以
制得氮肥、染料、炸药等多种含氮的物质。在大雷雨时,空气中的氮气和氧 气经过一系列的反应,使土壤从空气中得到氮肥。据估计,全世界每年因发 生雷电而溶入土壤里的氮肥约有 4×108t(4 亿吨)。此外,豆科植物的根部 有根瘤菌,能把空气中的氮气变成可供植物吸收的养分。
氧气是人类生存和发展不可缺少的物质,它的重要用途将在“氧气的性
质和用途”中介绍。


选学
稀有气体的用途


稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。这些气体在生产和科学
研究中,应用也比较广泛。 由于稀有气体一般不与其他物质发生化学反应,在一些工业生产中,常
常用它们作保护气。例如,用电弧焊接火箭、飞机、轮船、导弹等用的不锈
钢、铝或铝合金等时,可以用氩气来隔绝空气,防止金属在高温下跟其他物 质起反应。还可以把氩气和氮气混合充入灯泡里,使灯泡经久耐用。由于氦 气比空气轻,又不会燃烧,现在已用它代替氢气充填气球、气艇。氦气与氧 气混合制成人造空气,可供潜水员呼吸。
  稀有气体在电光源中有特殊的应用。在灯管里充入氖气的氖灯,通电时 发出的红色光,能透过浓雾,可用作航空、航海的指示灯。在灯管里充入氩 气的氩灯,通电时发出蓝紫色光;在灯管里充入氦气的氦灯,通电时发出粉 红色光;在不同材质的玻璃灯管里充入不同含量的氦、氖、氩的混合气体, 就能制得五光十色的霓虹灯。在灯管里充填少量的汞和氩气,灯管的内壁涂
  




上荧光物质,通电时就能发出近似日光的可见光,所以叫日光灯。充填氙气
的高压长弧灯,通电时能发出比荧光灯强几万倍的强光,因此叫做“人造小 太阳”,可用于广场、体育场、飞机场等照明。
氖气、氪气、氙气还可用于激光技术。

四、人类需要洁净的空气


  近来年,由于人口急剧增长,工业、交通业迅速发展,煤炭、石油等矿 物燃料的用量激增,使空气中的二氧化碳含量日益增加,同时一氧化碳、二 氧化硫、氮的氧化物等有害气体及有害粉尘的含量不断增多,从而造成城市 及其周围地区空气的污染。在农村和林区,由于对自然资源不适当的开发, 如滥伐林木,毁草造田、围垦造田、焚烧秸杆,以及一些工业企业任意排放 废气等,在一定程度上破坏了生态平衡。
  空气污染不仅危害人体健康,还会损害动物、森林、作物、花卉;毁坏 织物,使染料褪色;腐蚀金属、文物古迹等。
鉴于空气污染给人类和大自然带来的危害,因此在发展生产的同时,必
须充分认识保护环境的重要意义。我们必须采取有力措施,防治空气污染, 保护生态平衡。防治空气污染的措施大致可分为两大类。一类是物理方法, 使污染物从废气中分离出来。例如,燃料燃烧后,使废气先通过除尘器或用 水淋洗,清除掉绝大部分烟尘后再排放。另一类是化学方法,如用化学方法 使含硫的燃料脱硫,或使废气中有害的物质经过一系列的化学反应转变成有 用的物质、或者转变成无害成分后再排放。此外,还可采用改变燃料的结构 和成分,如将煤加工成管道煤气,以减少煤燃烧时产生的烟尘和一氧化碳。 同时,还应当大力开展植树造林,栽花种草,增加绿地覆盖面积,以保护人 类赖以生存的环境。

选学

人类的天然保护伞——臭氧层
  在地球上空 10km~50km 的大气层中,集结着大量的臭氧分子,形成一 层天然屏障,它吸收了太阳光中绝大部分波长较短的紫外线,使地球上的生 物免遭过量紫外线辐射的危害。如果臭氧层受到破坏而变得稀薄,就会给人 类带来灾祸。
  1986 年,科学家通过卫星发现,在南极和北极上空出现了臭氧空洞。臭 氧层为什么会变得稀薄,甚至出现空洞呢?多数科学家认为,主要是人类向 空气中排放一些有害物质而引起的。例如,超音速飞机在高空中飞行时,排 放的一氧化氮能促进臭氧变成氧气。另外,冰箱及空调器中的致冷剂氟利昂
(含氯和氟的有机化合物),一旦逸散到空中,与高能紫外线发生作用,就





会生成破坏臭氧层的物质。因此,科学家提出限制使用氟利昂及其他能损害
臭氧层的化学物质,以防止臭氧层进一步遭到破坏。

习 题

1.举例说明下列概念的含义
(1)混合物(2)纯净物
2.填写下列空白
  (1)空气是一种 物,它主要由 气和 气组成。其中体积含 量最多的是 气,约为 %,其次是 气,约为 %。组成空气的 各种成分,都保持着各自原来的 。
  (2)氮气是一种 颜色、 气味、 味道的气体,它的密度比 空气 ,在水中很难 。
(3)随着近代工业的发展和燃料用量的激增,空气受到污染。例如
、 、 等使城市空气污染日益严重。防止空气污染的基本方 法,一是 方法,另一是 方法。
3.将正确答案的序号填入括号内
(1)空气中含有氧气和氮气的体积比约为 [ ]
(A)5∶1
(B)1∶5
(C)4∶5
(D)1∶4
(2)下列物质属于纯净物的是 [ ]
(A)海水
(B)泥土
(C)井水
(D)蒸馏水
(3)下列物质中,可以用作制氮肥原料的是 [ ]
(A)空气
(B)二氧化碳
(C)氮气
(D)稀有气体





第二节 原子原子量

一、分子能不能再分


  分子是构成物质的一种微粒。那么,分子能不能再分成更小的微粒呢? 为了解答这个问题,先来认识一个实验。
取少量红色氧化汞粉末,放入干燥的试管里,在酒精灯火焰上加热。几 分钟后,就会看到试管内壁附着许多银白色的汞(俗称水银)。将带火星的 木条插入试管里,木条能复燃,证明在生成汞的同时,还生成了氧气。科学 研究证明,氧化汞受热时,它的分子会分解为更小的汞微粒和氧微粒。每两 个氧微粒结合成一个氧分子,许多氧分子构成了氧气;许多个汞微粒聚集成 金属汞。这个变化可以表示如下:




  这说明氧化汞分子在化学反应中是可分的,由它分解生成的汞微粒和氧 微粒,在化学反应中不能再分。科学上把这种在化学反应中不能再分的微粒 叫做原子。在化学反应中分子发生了变化,生成新的分子,而原子仍然是原 来的原子。因此,原子是化学变化中的最小微粒。
根据上面的论述,可以把氧化汞分解生成汞和氧气的反应,用下图形象
地表示(图 2—4):凡由分子构成的物质,它们的分子都是由原子构成的。 例如,氧化汞分子是由汞原子和氧原子构成的。氧分子是由氧原子构成的。 原子也可以直接构成物质。例如,金属汞是由汞原子直接构成的。铁、铝、 铜、镁、锌等金属也都是由原子直接构成的。


  原子的体积很小。如果有可能把 1 亿个氧原子排成一行,它们的长度也 只有 1cm 多一些。因此,肉眼看不见原子。现在人们已能通过科学仪器拍摄 出原子的照片。图 2—5 是用扫描隧道显微镜摄制的显示硅原子图像的照片。
图中的亮点表示硅原子。


  原子的体积虽然很小,也有一定的质量。原子和分子一样,也在不停地 运动着。
【想一想】原子和分子有什么不同?


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人类认识原子和分子的简史


远在公元前 5 世纪,希腊哲学家德谟克利特就提出了物质是由不连续的





微粒构成的想法,并把这些微粒叫做原子(希腊文原意是“不可分割”)。
我国古代的学者提出了物质的“端”的概念,认为它是物质不能再分的最小 单位。例如对于 1 根铜丝,端就是相当 1 个铜原子。这些古代的原子观念是 人们根据对自然现象的观察、想象和推测提出来的,但没有经过实践的验 证。
  到了 17 和 18 世纪,由于科学家对气体性质和热现象的研究,积累了大 量事实,论证了原子和分子的存在。英国科学家道尔顿(J.Dalton,1766~
1844)于 1803 年提出了原子学说,他认为物质是由原子构成的,原子是微 小的不可分割的实心球体,同种原子的性质和质量都相同。但是他没有把原 子和分子区别开来。尽管道尔顿的原子学说还很不完善,但对化学的发展却 起了十分重要的作用。
  1811 年,意大利物理学家阿伏加德罗(A.Avogadro,1776~1856)提出 了分子学说,他认为分子是任何物质中能够独立存在的最小微粒,并且指出 了分子和原子的区别和联系。他的假说直到 19 世纪 60 年代才被科学界公 认。人们把物质由原子、分子构成的学说叫做原子—分子论。自从用原子— 分子论来研究物质的性质和变化后,化学才开始成为一门科学。到了 20 世 纪,人们不仅通过大量实验证实了原子的存在,而且还发现原子虽然很小, 结构却很复杂。在化学变化中不可分,但在特定条件下还是可分的。随着科 学技术的迅速发展,人类对物质结构的认识正在不断深化,已远远超过原子
—分子论的水平。

二、原子能不能再分


  原子在化学反应中不能再分,它是不是最小微粒,能不能再分呢?1897 年,英国科学家汤姆生(J.J.Thomson,1856~1940)发现了电子,并且认 为一切原子中都含有电子,从而使人们认识到原子并不是构成物质的最小微 粒,它本身还有复杂的结构,还可以再分。从此,人们开始揭示原子内部奥 秘的研究。
科学实验证明,原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电
的电子构成的。由于原子核所带的电量和核外电子所带的电量相等,但电性 相反,因此原子显电中性。不同类的原子,它们的原子核所带的电荷数(核 电荷数)彼此不同。如氢原子,原子核带 1 个单位正电荷,核外有 1 个电子
带 1 个单位负电荷;氧原子,原子核带 8 个单位正电荷,核外有 8 个电子带
8 个单位负电荷。同种原子的核电荷数是相同的。 原子核极小,原子核的半径约为原子半径的万分之一,原子核的体积只
占原子体积的几千亿分之一。假设原子有一座十层大楼那样大,原子核却只 有直径约 1cm 的圆球那样大。因此,相对来说,原子核外有一个“空旷”的 区域,电子就在这个空间里作高速的运动。





原子核虽小,但仍有复杂的结构,它还可以再分。科学实验证明,原子
核是由质子和中子两种微粒构成的。每个质子带一个单位正电荷,中子不带 电,可见原子核所带的正电荷数,就是核内的质子数。在原子中,原子核内 有多少个质子,核外就有相同数目的电子。
原子内部各种微粒的构成关系表示如下:
? ?质子∶1个质子带1个单位正电荷
原子?原子核?中子∶不带电
? ?
??核外电子∶1个电子带1个单位负电荷
核电荷数=核内质子数=核外电子数
  【议一议】在一个原子中,核电荷数、核内质子数和核外电子数之间有 什么关系?
表 2—1 列出了几种原子的构成情况。
原子种类 原子核 核外电子数 质子数 中子数 氢 1 0 1 氦 2 2 2 碳 6 6 6 氧 8 8 8 氖 10 10 10 钠 11 12 11 镁 12 12 12 氯 17 18 17 铁 26 30 26


三、原子量


  原子虽然很小,但也有一定质量。不同原子的质量各不相同。表 2—2 列出几种原子的质量。
表 2—2 几种原子的质量
原子种类 一个原子的质量/kg 氢
碳 1.674 × 10-27
1.993 × 10-26 氧 2.657 × 10-26 铁 9.288 × 10-26

这样小的数字,书写、记忆和使用都很不方便,就像用吨作单位表示一
粒小麦的质量一样,显然,以千克或克这样的质量单位来表示原子的质量是





不合适的。因此,在科学上一般不直接采用原子的实际质量,而是用相对的
原子质量来表示。国际上规定,以一种碳原子①质量的 1/12(约 1.66×10-
27kg)作为标准,其他原子的质量跟它相比较所得的值,就是该种原子的原 子量(又称相对原子质量)。
例如,铁原子的质量为 9.288×10-26kg,其原子量为:
9.288×10?26 kg

1.66×10


-27 kg

= 55.9≈56

  其他原子可依此求出其原子量。例如,氢原子的原子量约为 1,氧原子 的原子量约为 16,镁原子的原子量约为 24 等。由此可见,原子量是一个比 值,它的国际单位制(SI)单位名称为一,单位符号为 1(单位符号 1 一般 不写出)。一般化学计算可采用原子量的近似值。使用时可查阅表 2—5 或 书后附录Ⅰ。原子核中质子和中子的质量约相等,都约等于碳-12 原子质量
的 1/12,也就是跟 1 个氢原子的质量近似相等。电子的质量很小,仅约相当 于质子或中子质量的 1/1836。因此,原子的质量主要集中在原子核上。

习 题

1.填写下列空白
  (1)原子是 反应中的 微粒。在化学反应中 可以再分, 而不能再分。
(2)原子是由居于中心的原子核和核外带 的 构成。一般原
子核是由 和 两种微粒构成的,其中 带正电荷, 不带 电。整个原子显电 性。
(3)以一种 原子质量的 作为标准,其他原子的质量跟它相
比较所得的 就是该种原子的原子量。原子量是一个 ,它的单位符 号是 。
(4)原子 A 核外有 25 个电子,核内有 30 个中子。它所含的质子数为
。2.将正确答案的序号填入括号内
(1)下列对原子构成的说法中不正确的是 [ ]
(A)原子的构成中一定含有质子
(B)原子的构成中一定含有中子
(C)原子的构成中的质子数一定等于电子数
(D)中性原子中一定含有电子
(2)分子和原子的本质区别是 [ ]
(A)分子质量大,原子质量小
(B)分子间有间隔,原子间没有间隔
(C)分子在化学反应中可分,原子在化学反应中不可分
(D)分子能直接构成物质,原子则不能





3.填写表中的空格
名称 核电荷数 质子数 中子数 核外电子数 氧 8 8 镁 12 12 硫 16 16




第三节 元素 元素符号

一、元素


  我们已经知道,氧分子是由氧原子构成的;氧化汞分子是由汞原子和氧 原子构成的;二氧化碳分子是由碳原子和氧原子构成的。无论氧分子中的氧 原子、氧化汞分子中的氧原子,还是二氧化碳分子中的氧原子,它们的原子 核中都含 8 个质子,其核电荷数都是 8,是同一类的原子,它们统称为氧元 素。由此可见,元素是具有相同核电荷数(质子数)的一类原子的总称。氧 气、氧化汞、二氧化碳等物质中都含有氧元素;通常所说的氮肥,如尿素、 硝酸铵、碳酸氢铵等,都含有氮元素;铁矿石、钢铁、铁锈中都含有铁元素。 目前,已经发现的元素有 100 多种。已知的 1 千多万种物质都是由这 100 多 种元素组成的。
  各种元素在自然界的含量不同,分布也不均匀。从整个宇宙来看,含量 最丰富的是氢元素和氦元素。太阳几乎全部是由氢元素和氦元素组成的。地 壳中含量最丰富的元素是氧,几乎占地壳质量的一半,它广泛地分布于空 气、江河、海洋、土壤和岩石中。各种元素在地壳里的含量①如图 2—6 所
示。


  有些元素在地壳中的含量虽然很低,但它们对地壳上的生物有着非常重 要的意义。例如,碳元素和氮元素在地壳里的含量分别仅为 0.087%和 0.03
%,但如果没有碳和氮,地球上的一切生物都将不复存在。


选学
构成人体的元素


人体中也含有多种元素,根据含量多少,习惯上分为常量元素和微量元
素两大类。氧、碳、氢等 11 种常量元素,构成了人体质量的 99.95%以上(表
2—3)。
表 2—3 人体中常量元素的含量
元素 在人体中的含量/(%) 元素 在人体中的含量/(%) 氧( O ) 65.00 硫( S ) 0.25 碳( C ) 18.00 钾( K ) 0.35 氢( H ) 10.00 钠( Na ) 0.15 氮( N ) 3.00 氯( Cl ) 0.15 钙( Ca ) 2.00 镁( Mg ) 0.05 磷( P ) 1.00






构成人体的还有另外 20 多种元素,它们的总量还不足人体质量的 0.05
%。因此,把这些元素称为微量元素。尽管这些元素含量甚少,但它们的作 用不能低估。例如,缺碘就会使甲状腺肿大(俗称粗脖子病),不少地区的 饮水中缺碘,许多居民患有甲状腺肿大的病症。因此,我国政府规定,所有 供食用的食盐,必须添加一定量的碘元素——俗称“碘盐”,预防缺碘病症 的发生。在日常饮食中,应适当补充一些微量元素。表 2—4 列出了几种微 量元素的补充来源。

表 2-4 若干微量元素的补充来源
元素名称 来 源
铁( Fe ) 肝、肉、豆类、麦类、菠菜、西红柿、水果
铜( Cu ) 坚果、豆类、谷类、水果、鱼、肉、蔬菜 锌( Zn ) 谷类、豆类、麸皮、肝、胰脏、乳汁
锰( Mn ) 萝卜缨、小米、扁豆、大白菜、小麦、糙米、茄子
碘( I ) 海带、紫菜、发菜、海参、蛏子、蚶、蛤、干贝、海蛰 硒( Se ) 大白菜、小麦、玉米、小米、南瓜、红薯干



二、单质和化合物


  我们已经知道,自然界中存在的物质有混合物,也有纯净物。纯净物如 果根据元素的组成来划分,可以分为单质和化合物两大类。
有些物质是由同一种元素组成的。例如,氧气、氮气、氢气、铁、铝、
铜、碳等。这些由同种元素组成的纯净物叫做单质。单质还可以按其性质 分为金属和非金属两类。例如,铁、铝、铜、镁、汞等都是金属单质。氧气、 氢气、碳、硫、碘等都是非金属单质。
有些物质的组成比较复杂。例如,氧化汞是由氧和汞两种不同元素组成
的。蔗糖是由碳、氢和氧三种元素组成的,常用的化肥碳酸氢铵则是由氮、 氢、碳和氧四种元素组成的。像这些由不同种元素组成的纯净物叫做化合 物。
  化合物可以根据组成和性质分为若干类。由两种元素组成的化合物 中,如果其中一种是氧元素,这种化合物叫做氧化物。例如,氧化镁、 氧化汞、二氧化碳等都是氧化物。其他各类化合物,将在以后学习。

三、元素符号

在历史上,各国的化学家曾经用不同的符号来表示各种元素。为了便于





交流,国际上统一规定采用各元素的拉丁文名称的第一个大写字母来作为这
种元素的符号。如果几种元素的拉丁文名称的第一个字母相同时,可附加一 个小写字母来区别。例如:
氧的拉丁文名称是 Oxygenium,元素符号规定为 O。 碳的拉丁文名称是 Carbonium,元素符号规定为 C。 铜的拉丁文名称是 Cuprum,元素符号规定为 Cu。 钙的拉丁文名称是 Calcium,元素符号规定为 Ca。 这种用来表示元素的符号叫做元素符号。
  书写元素符号时应该注意,第一个字母必须大写,第二个字母必须小 写,以免混淆。
元素符号既可表示一种元素,又可表示该元素的一个原子。 一些常见元素的名称、符号及原子量见表 2—5。
表 2—5 常见元素的名称、符号和原子量(近似值)
名称 元素符号 原子量 名称 元素符号 原子量 名称 元素符号 原子量 氢 H
氦 He
氮 N 1
4
14 碳

磷 C 12 钙 Ca
Si 28 锰 Mn
P 31 铁 Fe 40
55
56 氧 O
氟 F
氖 Ne 16
19
20 硫

镁 S 32 铜 Cu
Na 23 锌 Zn
Mg 24 银 Ag 63.5
65
108 氯 Cl 35.5 铝 Al 27 钡 Ba 137 氩 Ar 40 钾 K 39 汞 Hg 201






习 题

1.填写下列空白
(1)具有 的一类原子的总称为元素。
(2)氧化物是由 组成的化合物,其中一种是 。如 。
  (3)地壳中含量最多的元素是 ,其次是 ,含量最多的金属 元素是 。
(4)元素符号既可表示一种 ,又可表示 。
2.填写表中的空格
元素名称 钠 氧 氢 铝 镁 氯 硅 银 铁 钙 锌 元素符号 Cu He N K Hg P S C






3.将下列物质的序号填在横线上
  ①氧化镁②氮气③二氧化碳④铁⑤铝⑥糖水⑦空气⑧碳⑨碳酸氢铵⑩ 河水
  金属单质 ;非金属单质 ;氧化物 ;化合物 ;混合 物 。
  




第四节 化学式 式量

一、化学式


  大量科学实验证明,不论从什么来源得到,也不论以什么状态存在,任 何纯净物都有固定的组成。也就是说,一种物质由哪些元素组成,这些元素 之间的质量比或原子个数比都是一定的。因此,常用元素符号来表示物质的 组成。用元素符号来表示物质组成的式子,叫做化学式。像 H2、O2、H2O、
CO2 等,分别为氢气、氧气、水和二氧化碳的化学式。化学式表示一种物质, 表示这种物质的元素组成,还表示组成元素的原子个数比。例如,H2O 表示
水,还表示水由氢和氧两种元素组成,其中氢和氧的原子个数比是 2∶1。 化学式是通过实验方法测定物质的组成后得出来的。而且,一种物质只 用一个化学式来表示。因此,书写化学式要以实验为依据,必须确知组成物
质的元素及原子个数比。绝不能随意臆造实际上不存在的物质的化学式。
1.单质化学式的写法 稀有气体是由原子直接构成的单质,通常直接用元素符号作为这些气体
的化学式。例如,氦气、氖气的化学式分别写成 He、Ne。金属和固体非金属
单质(碘等除外),由于它们的结构复杂,习惯上也用元素符号作为它们的 化学式。例如,铁、汞、硫、碳等的化学式分别写成 Fe、Hg、S、C。一些气 态、液态和固态的非金属是由分子构成的单质,例如,氢气、氧气、溴等, 它们的分子中都含有两个原子,因此这些单质的化学式分别写成 H2、O2、Br2。
元素符号右下角的数字“2”,表示这种单质的一个分子中含有两个原子。
2.化合物化学式的写法 书写化合物的化学式,必须确知这种化合物的元素组成,以及这种化合
物组成元素的原子个数比。书写化学式时,先写出元素符号,然后在每种元
素符号的右下角用阿拉伯数字标明各种元素的原子个数比(如果是 1 个原 子,则“1”省略不标)。书写氧化物的化学式,一般将氧元素符号写在右 边,另一种元素符号写在左边。例如,氧化钙的化学式为 CaO,三氧化硫的 化学式为 SO3。书写金属元素跟非金属元素组成的化合物的化学式,一般将
金属元素符号写在左边,非金属元素符号写在右边。例如,硫化钾的化学式
为 K2S,氯化钠的化学式为 NaCl。
  化学式里写在元素符号右下角的数字与写在元素符号或化学式前面的 数字所表示的意义是完全不同的。例如,H2 中的“2”表示由两个氢原子构 成一个氢分子(或一个氢分子中含有两个氢原子)。而 2H 表示两个氢原子,
2H2 表示两个氢分子。
稀有气体、非金属气态单质的化学式,一般读元素名称加上“气”字,
如 Ar、Cl2、H2、O2 等分别读作氩气、氯气、氢气、氧气。金属、固态和液





态非金属单质的化学式,一般读元素名称,如 Fe、S、Br2、I2 等分别读作铁、
硫、溴、碘。由两种元素组成的化合物,一般从右向左(与书写顺序相反) 读作“某化某”。如 CaCl2 读作氯化钙,Na2O 读作氧化钠。有时要读出化学 式里各种元素的原子个数。例如,P2O5 读作五氧化二磷,Fe3O4 读作四氧化三
铁。
【练一练】读出下列物质的名称,并指出每种物质的元素组成。MgCl2 ZnS
Cu Na2S N2 CaO CO2 SO3

二、式量


  化学式中各原子的原子量总和就是式量(又称相对分子质量)。可以看 出,式量也是以碳-12 原子质量的 1/12 作标准,进行比较而得的相对质量。 它的国际单位制(SI)单位名称也为一,单位符号为 1(一般不写出)。
根据化学式可以进行各种有关的计算。
1.根据化学式计算物质的式量例如,氧气的化学式是 O2,它的式量等于
氧原子量的两倍。
O2 的式量=16×2=32
又如,二氧化硫的化学式是 SO2,它的式量等于硫的原子量加上两倍的
氧的原子量之和。SO2 的式量=32+16×2=642.计算组成化合物的各元素的质
量比例如,三氧化硫的化学式是 SO3,三氧化硫中硫元素和氧元素的质量比
为:32∶16×3=32∶48=2∶33.计算化合物中某元素的含量例如,计算碳酸 氢铵(NH4HCO3)中氮元素的含量,常以百分数表示。根据化学式计算出式量: NH4HCO3 的式量=14×1+1×4+1×1+12×1+16×3=79 计算 NH4HCO3 中氮元素的 含量:

N的原子量
NH 4 HCO3的式量

×100% ? 14 ×100% ? 18%
79



习题
1.填写下列空白
(1)说明下列各符号所表示的意义
O ,2O ,O2 ,2O2 。
(2)化学式中 就是式量。式量是 ,它的单位为 。
(3)分别写出下列物质的化学式
氮气 、二氧化硫 、氯化钠 、氧化汞 、五氧化二磷 、
铁 、四氧化三铁 、氧化铜 、氦 、二氧化锰 、氯化镁 。
2.改正下列的错式





(1)NO2 的式量=14×16×2
(2)2NH3 的式量=2×14+1×3
N

(3)(NH

) SO

中氮元素的含量 =

4 2 4
2×14
?
2×14 ? 4 ? 32 ? 16×4

(NH 4 ) 2



56

SO4

(4)Fe 2 O3 中铁元素的含量 =

56×2 + 16×3 %



3.计算下列物质的式量
(1)氧气(O2)
(2)二氧化碳(CO2)
(3)硫酸(H2SO4)
(4)氢氧化钠(NaOH)
4.计算尿素〔(CO(NH2)2〕中氮元素的含量。
  5.为满足生产的需要,要使每 1hm2(公顷)农田增加 2.1kg 氮元素,试 问在 50hm2 农田里应施用硝酸铵肥料的质量是多少?
  




第五节 氧气的制法

一、氧气的工业制法


  为了满足工业生产、科学研究和医疗卫生等方面所需要的大量氧气,工 业上主要是用分离空气的方法制取氧气的。怎样把空气中的氧气跟其它气体
(主要是氮气)分离呢?先将空气净化,除去二氧化碳、水蒸气和灰尘,再 在低温下加压,使它转变为液态空气,然后缓慢蒸发。由于液态空气是一种 混合物,其中液态氮的沸点(-196℃)比液态氧的沸点(-183℃)低,因此, 沸点低的液态氮首先从液态空气中蒸发出来,剩下的主要是液态氧。为了便 于贮存、运输和使用,通常把氧气加压到 1.5×107Pa,贮存在钢瓶中。为了 跟贮存其他气体的钢瓶区别,习惯上将贮存氧气的钢瓶表面涂上一层天蓝色 油漆,并用黑字标明是氧气。
  【想一想】工业上用分离液态空气的方法制取氧气,发生的是物理变 化,还是化学变化?为什么?

二、氧气的实验室制法


  实验室一般不具备分离液态空气制取氧气的条件,通常是利用某些含氧 化合物制取氧气。常用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法。
              实验 2—2 加热氯酸钾
把少量氨酸钾放在试管里加热几分 钟,可以看到氯酸钾熔化后才缓慢地放出 气泡。这时用带火星的木条插入试管口(图
2—7),观察发生的现象。
  实验表明,加热氯酸钾只能缓慢地放出氧气。但需要加热到较高的温 度,加热的时间较长。能不能在较短的时间,较低的温度下使氯酸钾放出氧 气呢?人们发现在氯酸钾中加入一种叫二氧化锰的物质,就能加快氯酸钾放 出氧气。
实验 2—3 加热氯酸钾和二氧化锰的混合物
把少量氯酸钾放在试管里加热片刻, 将带火星的木条插入试管口(图 2—8,I), 木条不复燃。把试管移离火焰,迅速向试管 里加入少量二氧化锰,再将带火星的木条插 入试管口(图 2—8,Ⅱ、Ⅲ),观察木条 是否复燃。
  实验表明,在较低温度下不会放出氧气的氯酸钾中,加入少量二氧化锰 后,不需加热到全部熔化就有氧气迅速地放出,使带火星的木条复燃。为什
  




么加入二氧化锰后就能在较低温度下迅速放出氧气?氧气是不是由二氧化
锰放出的呢?
实验 2—4 加热二氧化锰
把少量二氧化锰放在试管里加热,用 带火星的木条插入试管口,观察木条是否复 燃。继续加热较长时间后,再将带火星的木 条插入试管口(图 2—9),观察木条是否 复燃。
  实验表明,带火星的木条没有复燃,说明二氧化锰在通常加热的情况 下,却放不出氧气。为了证明这个问题,有人做了实验。将一定量的氯酸钾
(3 份)和一定量的二氧化锰(1 份),混合均匀,装入试管中加热,稍待 片刻,将带火星的木条插入管口,木条复燃,证明有氧气生成;继续加热, 直至带火星的木条不能复燃,证明氯酸钾全部分解;待试管冷却后,向试管 中加入蒸馏水,振荡,将试管中的物质全部倒出,经过滤、洗涤、烘干,收 集到的二氧化锰,冷却后称量,发现它的质量和反应前加入二氧化锰的质量 相等。通过其他实验,还可以证明得到的二氧化锰仍保持其化学性质。可见, 二氧化锰在反应中只是改变了氯酸钾放出氧气的速率,它本身的质量和化学 性质都没有改变。这种在化学反应里能改变其他物质的反应速率,而本身的 质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。催化剂在化学反 应中所起的作用叫做催化作用。二氧化锰就是氯酸钾分解放出氧气这个反应 的催化剂。在化工生产中,经常使用适当的催化剂(又称触媒)来改变化学 反应速率。
在氯酸钾受热放出氧气的同时,还生成了一种叫氯化钾的物质。这个化
学反应可以表示如下:

  为了研究氧气的性质,在实验室里常用排水集气法或向上排空气法,将 氧气收集到集气瓶中。
实验 2—5 氧气的制取和收集
把氯酸钾和二氧化锰(一般按 3∶1 的质量 比)混合均匀后,放在试管里,用带有导 管的塞子塞紧管口(图 2—10),然后, 给试管加热,用排水法收集一瓶氧气(图 2
—10)。
实验室还常用加热高锰酸钾(KMnO4)的方法来制取氧气。高锰酸钾比氯
酸钾容易放出氧气,只需稍稍加热,就会放出氧气。这个化学反应可表示如 下:






KMnO4

加热
???? K2 MnO4 + MnO 2

+ O 2

(高锰酸钾) (锰酸钾)(二氧化锰) (氧气)
  用氯酸钾或高锰酸钾制取氧气的化学反应,有一个共同特点:反应物只 有一种,而反应后的生成物却有两种或两种以上。这类由一种物质生成两 种或两种以上其他物质的反应,叫做分解反应。

习 题

1.将正确答案的序号填入括号内
(1)下列物质里含有氧气的是 [ ]
(A)氯酸钾
(B)二氧化锰
(C)空气
(D)氧化汞
(2)实验室里制取氧气有以下操作:
  ①撤去酒精灯;②检查装置的气密性;③把集气瓶装满水,倒置在水槽 里;④点燃酒精灯,给装有药品的试管加热;⑤收集气体;⑥撤出伸入水槽 中的导气管;⑦向试管里加入氯酸钾和二氧化锰的混合物,并将试管固定在 铁架台上。
其正确的操作顺序是 [ ]
(A)②⑦③④⑤⑥① (B)⑦②③④⑤①⑥
(C)②⑦③④⑤①⑥ (D)②⑦④③⑤⑥①
2.填写下列空白
  (1)工业上制取氮气可以采用两种方法:第一种是先将空气压缩降温 变成液态空气,把氮气蒸发出来。第二种是将空气通过灼热的煤层,再除去 二氧化碳,得到氮气。这两种方法中 是物理方法,它是以氧气和氮气的
不同为依据的。
  (2)分解反应是由 物质生成 以上其他物质的反应。用氯酸钾 制取氧气的化学反应的表达式用化学式表示为 。
(3)在化学反应里能 其他物质的化学反应速率,而本身的 和
在化学反应前后 的物质,叫做催化剂。催化剂在 ,叫做催化作 用。





第六节 氧气的性质和用途


  研究物质的性质时,应该先通过感官认识它的一些物理性质,然后再通 过具体的化学变化,了解它的化学性质。

一、氧气的物理性质


  我们生活在空气的“海洋”里,身边有许许多多的氧分子。为什么没有 觉察到它的存在呢?这是因为氧气在通常状况下是一种没有颜色、没有气味 的气体。在标准状况①下,氧气的密度是 1.429g/L,比空气略大(空气的密
度是 1.293g/L)。在压强为 1.01×105Pa 时,氧气约在-183℃时变为淡蓝色 液体,约在-218℃时变成淡蓝色雪花状固体。
  氧气微溶于水,在通常状况下,1L 水中只能溶解约 30mL 氧气。鱼类就 靠水中溶解的氧气进行呼吸来维持生命。当鱼塘水中缺氧时,鱼就会浮在水 面,大口大口地吞食空气。这时需要及时换入新水或泵入空气。
【想一想】制取氧气时为什么可用排水集气法或向上排空气法收集?

二、氧气的化学性质


  为了研究氧气的化学性质,先做几个实验,认识氧气跟一些物质所发生 的反应。
实验 2—6 木炭在氧气中燃烧
把一小块木炭放在燃烧匙里,伸进盛 氧气的集气瓶里,观察木炭是否燃烧。
再把燃烧匙里的木炭加热到发红,观 察它在空气里的燃烧情况。然后,将其伸进 盛氧气的集气瓶里观察燃烧的现象(图 2—
11)。 燃烧停止后,取出燃烧匙,立即向集
气瓶中倒入少量澄清的石灰水,振荡,观察 有何变化。
实验表明,常温下木炭(主要成分是碳)在氧气中不能燃烧。点燃后在 氧气中燃烧,比在空气中更旺,发出白光,并放出热量。燃烧后生成的无色 气体能使澄清的石灰水变浑浊,说明碳跟氧气发生了反应,生成了二氧化 碳。这个反应可以表示如下:
  




碳在氧气里燃烧的反应中,碳和氧气两种单质起反应,生成了另一种物
质——二氧化碳。二氧化碳是由碳和氧两种元素组成的化合物。这类由两种 或两种以上物质生成另一种物质的化学反应,叫做化合反应。
实验 2—7 硫在氧气中燃烧
在燃烧匙里放少量硫粉,加热,直到燃 烧,观察硫在空气里燃烧的情况。然后,把 燃烧匙移到盛氧气的集气瓶里(图 2—12), 再观察硫在氧气里燃烧与在空气里燃烧有什 么不同。
  实验表明,硫在空气里燃烧发出微弱的淡蓝色火焰,而在氧气里燃烧得 更旺,发出明亮的蓝紫色火焰,同时放出热量,生成一种带有刺激性气味的 气体——二氧化硫。硫跟氧气发生化合反应,这个反应可以表示如下:
S+O2SO2
        (硫)(氧气)(二氧化硫) 二氧化硫是由硫和氧两种元素组成的,属于化合物。 我们知道,铁在空气里是不会燃烧的。那么,在氧气中会不会燃烧呢?
实验 2—8 铁丝在氧气中燃烧
把光亮的细铁丝绕成螺旋状,一端系 在一根铁丝上,另一端系上一根火柴棍(约
1cm),点燃火柴,至火柴将燃尽时立即伸 进盛有氧气的集气瓶里(图 2—13),观察 发生的现象(集气瓶里应预先装少量水或在 瓶底铺上一薄层细沙)。
  实验表明,铁丝也能在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成一种叫做四氧 化三铁的黑色固体。生成物熔化后溅落下来,证明在反应过程中放出了大量 的热。
【想一想】做实验 2—8 时,为什么集气瓶里应预先装少量水或在瓶底
铺上一层细沙? 铁丝在氧气中燃烧,也是两种单质起反应生成一种化合物的化合反应。
这个反应可以表示如下:
Fe + O2Fe3O4
(铁)(氧气)(四氧化三铁) 除铁以外,像铝、锌等在空气中不易燃烧的金属,在氧气中也能燃烧。
【议一议】碳、硫、铁跟氧气发生的反应,有哪些共同点? 碳、硫、铁等物质都是单质,除了单质以外,化合物能否跟氧气起反应
呢?让我们用蜡烛(主要成分石蜡是由碳和氢两种元素组成的化合物)再做 一个实验。





实验 2—9 蜡烛在氧气中燃烧
把一支小蜡烛,插在弯成钩状的铁丝 上,点燃后伸进盛有氧气的集气瓶里,观察 并比较蜡烛在空气里和在氧气里燃烧有什 么不同(图 2—14)。
燃烧停止后,观察集气瓶的内壁上有 何现象。取出蜡烛,向集气瓶里倒入一些澄 清的石灰水,振荡,观察石灰水有什么变 化。
实验表明,蜡烛在氧气里燃烧比在空气里燃烧更旺,发出白光,产生热 量;瓶内壁上有水雾出现;向瓶中倒入澄清的石灰水振荡后变浑浊。说明蜡 烛跟氧气发生化学反应生成水和二氧化碳。蜡烛燃烧的化学反应可以表示如 下:
石蜡+氧气 水+二氧化碳
  【想一想】蜡烛在氧气中燃烧是不是属于化合反应?生成的水和二氧化 碳是不是化合物?是不是氧化物?为什么?
碳、硫、铁、石蜡等在氧气中燃烧,都是跟氧气发生反应。我们把物质
(单质或化合物)跟氧发生的反应,叫做氧化反应。在日常生活中有许多氧 化反应。像煤炭、木材、酒精、汽油、纸张等物质在空气中燃烧,都是氧化 反应。在氧化反应的过程中,一般都有热量放出。
通过实验可以看出,氧气是一种化学性质比较活泼的气体。它能跟许多
物质发生氧化反应。这种能供给氧,使别种物质发生氧化反应的物质叫做氧 化剂。因此,氧气具有氧化性,是一种常用的氧化剂。

三、氧气的用途


  由于氧气容易跟许多物质发生反应,同时放出热量,因此氧气很重要的 用途是支持燃烧和供给呼吸。在一般情况下,空气中所含的氧气就已经能够 满足人的呼吸和燃料燃烧的需要。
当病人不能进行正常呼吸时,常需要供给氧气。在低氧或缺氧环境中工
作的人,如宇航员、高空飞行员、潜水员、登山运动员,都需要携带供氧的 设备。


  乙炔(俗名电石气)在氧气中燃烧时,能产生 3000℃以上高温的火焰, 我们把这种火焰叫氧炔焰。工业上利用氧炔焰焊接或切割金属(简称气焊或 气割)。在宇宙火箭的发动机里,为了促使高能燃料迅速燃烧而推动火箭前 进,可用液态氧。在钢铁工业中,把富氧空气吹入炼钢炉里,加速冶炼过程, 提高钢的产量和质量。
  




图 2—15 表示氧气的主要用途。

习 题

1.将正确答案的序号填入括号内
(1)硫在氧气中燃烧时的现象是 [ ]
(A)火星四射
(B)发出白光
(C)发出淡蓝色的火焰
(D)发出明亮的蓝紫色火焰
(2)下列气体中,能使带火星的木条复燃的是 [ ]
(A)空气
(B)氮气
(C)氧气
(D)二氧化碳
(3)蜡烛在氧气里燃烧生成的物质是 [ ]
(A)水
(B)二氧化碳
(C)灰烬
(D)水和二氧化碳
(4)下列情况中发生的变化,既是化合反应又是氧化反应的是
[ ]
(A)加热高锰酸钾
(B)蜡烛在氧气中燃烧
(C)铁丝在氧气中燃烧
(D)氧化汞受热分解
2.填写下列空白
(1)氧气是一种化学性质 的气体,它能跟许多物质发生 。
  (2)通常情况下,氧气是一种 颜色, 气味的气体。它 溶 于水。氧气的密度比空气 。在标准状况下,氧气的密度是 。
(3)化合反应是由 物质生成 的反应。
(4)物质跟 ,叫做氧化反应。
3.在下列横线上填上有关物质的化学式。

(1) +
(2)O2+Fe

CO2





第七节 燃烧和缓慢氧化


  早在几十万年以前,人类就利用可燃物燃烧发出的光和热来照明、取 暖、烧煮食物。随着社会的进步,科学技术的发展,人们又利用燃烧发出的 热来冶炼金属,制取各种物质,甚至将热能转变成机械能和电能,推动了人 类社会物质文明的发展。
  在日常生活中,经常看到一些可燃物,如纸张、木材、柴草、煤炭、煤 气、液化气、汽油、酒精等在空气中燃烧。在学习氧气的性质时,已经看到 木炭、硫、铁丝和蜡烛在氧气中剧烈燃烧的现象。无论在空气中,还是在氧 气中的燃烧,都是可燃物跟氧气发生剧烈的氧化反应,同时发出光和热。我 们通常所说的燃烧就是指可燃物跟空气中的氧气发生的一种发光发热的剧 烈的氧化反应。

一、燃烧的条件


  自从人类学会用火以来,一直试图控制燃烧。怎样控制可燃物的燃烧 呢?让我们先做一个实验,看一看可燃物燃烧时究竟需要什么条件?
实验 2-10 白磷的燃烧
在通风橱中进行下列实验。
在 500mL 的烧杯中注入约 400mL 热水,并 放入一小块白磷(豆粒般大小)。在烧杯上盖 一薄铜片,铜片上一端放一小堆红磷,另一端 放一小块已用滤纸吸去表面水分的白磷(图 2
—16,Ⅰ)。观察有何现象。 待铜片上的白磷燃烧后,将一根导管插入
水中,使管口对准杯底上的白磷,向水中吹入 氧气(或空气),观察有何现象(图 2—16, Ⅱ)。
  从实验可以看到,在实验开始不久,铜片上的白磷就开始燃烧,并产生 白烟;而水中的白磷和铜片上的红磷却没有燃烧;当把氧气(或空气)通入 水中,使浸在水中的白磷与氧气接触,白磷立即燃烧。这是为什么呢?
  原因是可燃物的燃烧,需要同时满足两个条件:一是可燃物要与氧气接 触;二是要使可燃物达到燃烧时所需要的最低温度,这个最低温度叫做着火 点。白磷的着火点只有 40℃,铜片上的白磷被热蒸气加热达到着火点,同时 它又跟空气接触,所以会燃烧。而浸在热水中的白磷虽然温度已超过着火 点,但由于没有跟氧气接触,所以不能燃烧;当它接触到氧气时,也会燃烧。 那么,铜片上的红磷为什么不燃烧呢?因为它的着火点在 200℃以上。
知道了燃烧的条件及各种物质的着火点,可以根据需要控制燃烧反应。





例如,家庭点燃煤炉时,常是先点燃废纸,引燃着火点较低的木柴,最后引
燃着火点较高的煤炭。 知道了可燃物燃烧的条件,就不难理解灭火的原理。灭火可以采取将可
燃物与空气隔绝的方法;还可以采取降低可燃物周围温度的方法,即将温度 降到可燃物着火点以下。
【想一想】柴草垛、木材、房屋等发生火灾时,应该怎样扑灭?

二、爆 炸


  在化工厂、酒厂、面粉厂、汽油库、化工仓库会看到醒目的“严禁烟火” 的标语和悬挂着的标志(图 2—17)。这是为什么呢?


  原来可燃物燃烧时,由于氧气浓度的不同,以及可燃物与氧气接触面积 的不同,而产生不同的现象。例如,铝片在酒精灯火焰上不能燃烧,而把铝 粉洒到酒精灯火焰上,就会形成灿烂的火星。这说明同一种固体可燃物,颗 粒越细,跟氧气接触的面积越大,燃烧得越剧烈。气体可燃物一般比固体可 燃物燃烧得剧烈。如果将可燃性气体或可燃性固体的粉尘跟氧气充分接触, 并且分布在有限的空间内,一旦遇到火种,就会引起急速的燃烧,在短时间 内产生大量的热,使气体的体积迅速膨胀而发生爆炸。例如,面粉厂的生产 车间里,飞扬着许多面粉的粉尘,当遇到火种时可能引起爆炸。化工厂、酒 厂、汽油库等的空气中混有可燃性气体时,当接触到火种,也可能发生爆炸。 因此,一切有可燃性物质的车间或仓库,都应严禁烟火。

三、缓慢氧化和自燃


  燃烧是一种剧烈的氧化反应,但并不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧 烈,并不一定都发光。有些氧化反应进行得很慢,甚至不易察觉。这类氧化 反应叫做缓慢氧化。
在日常生活中,缓慢氧化的例子很多,如人和动物的呼吸、食物的腐败、
农家肥的腐熟、钢铁的锈蚀、橡胶和塑料的老化等,都包含着缓慢氧化。 物质在缓慢氧化过程中产生的热量,如果不能及时散发,就会越积越
多,引起温度的升高,当温度达到该物质的着火点时,不用点火可燃物就会 燃烧起来。这种由缓慢氧化而引起的自发燃烧叫做自燃。
实验 2—11 白磷的自燃 在通风橱中进行下列实验。 把少量白磷(用滤纸擦干表面的水
分)溶解在二硫化碳中,用镊子夹着一团滤 纸,浸入白磷的二硫化碳溶液中,取出后将 滤纸放在铁三脚架上的蒸发皿中,稍待片刻
(图 2—18),观察有何现象发生。








从实验看到,滤纸渐渐冒出白烟着火燃烧,为什么会自行燃烧呢?这是
由于二硫化碳很容易挥发,溶解在二硫化碳中的白磷变成极小的颗粒附着在 滤纸上,增大跟空气的接触面积,小粒白磷发生缓慢氧化,产生的热量逐渐 积累,当温度逐渐上升到白磷的着火点(40℃)时,就会发生自燃而引起滤 纸的燃烧。
  秸秆、柴草、煤炭、擦机器的废棉纱等,如果堆放不合理,空气不流通, 缓慢氧化产生的热不能及时散发,时间长了就可能引起自燃。由于不懂自燃 的科学道理,有人将这种现象称为“天火”,这是迷信的说法,应该破除。 为了保证生产和生活的安全,防止自燃发生,一些可燃物像稻草、麦秸、 粮食、煤炭、油布、塑料等都不要堆放得太多、太久,应注意通风或经常翻
动,降低温度,以免造成不必要的损失。 缓慢氧化产生的热也可以利用在农业生产上。例如,把未经腐熟的马粪
和猪、牛、羊厩肥混合,埋在温室的土层下,能使土壤的温度升高,从而促
进蔬菜的生长。
化
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