第二章我们身边的物质

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第二章 我们身边的物质
第1节 由多种物质组成的空气
1、 探究空气的成分
1、 空气中氧气含量的测定
1、
实验现象：
⑴红磷燃烧发出黄白色火焰，产生大量白烟；
⑵白烟消失冷却至室温后，打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶，约占集气瓶容积的1/5。
实验原理：
氧气支持燃烧，红磷在密闭容器中燃烧，消耗氧气，生成五氧化二磷固体，使密闭容器压强减小，水进入容器，通过进入容器的水的体积来测定空气中氧气的体积分数
实验结论：
⑴空气不是一种单一的气体，是由多种气体组成的；
⑵红磷能在空气中燃烧，消耗的是空气中的氧气；
⑶氧气约占空气总体积的1/5，且支持燃烧；
⑷剩余4/5的气体难溶于水，不支持燃烧。
注意事项：
⑴药品的选择：不能用铁、镁、木炭、硫等代替红磷；（铁不能在空气中燃烧；镁在空气中燃烧不仅消耗氧气、还消耗氮气、二氧化碳等气体；木炭、硫磺燃烧产生气体）
⑵红磷要过量，用以消耗掉全部的氧气，否则测定结果会低于1/5；
⑶装置要不漏气（塞子要塞紧），如气密性不好，即使红磷耗尽了氧气，外界空气也会进入集气瓶，使测定结果低于1/5；
⑷白烟消失，待集气瓶温度降至室温后，再打开弹簧夹，观察进水的体积。避免因温度高，气体膨胀，使测定结果低于1/5。
1、 空气中各组成成分及所占体积分数
1、
空气的成分（按体积分数计算） 氮气 78% 99%的主要成分
氧气 21%
稀有气体 0.94% 1%
二氧化碳 0.03%
其他气体和杂质 0.03%
3、物质的初步分类
⑴纯净物
概念：只由一种物质组成
性质：有固定的物理性质和化学性质
表达方法：有固定的化学式
实例：氧气（O2）、二氧化碳(CO2)、碳酸氢铵(NH4HCO3)等
⑵混合物
概念：是由两种或两种以上物质混合而成的
性质：不具有固定的性质，各成分保持各自原有的化学性质
表达方法：不能用某一化学式表示
实例：空气、海水、生理盐水、医用酒精等
二、氮气和稀有气体
⑴氮气
物理性质：无色无味的气体，难溶于水等。
化学性质：化学性质不活泼，常温难与其他物质反应，在高温下能与一些物质反应。
用途：制氮肥，作保护气、还可用于医疗手术等。
⑵稀有气体
物理性质：无色无味的气体，难溶于水等。
化学性质：稳定，一般不跟其他物质反应，在一定条件下也能跟某些物质反应。
用途：用于霓虹灯、氦气充气球、作焊接金属保护气等。
注意：⑴稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。
⑵稀有气体是空气中性质最稳定的气体。
三、人类需要洁净的空气
1、空气中的有害物质
2、空气的污染源
a、矿物燃料的燃烧 b、工厂的废气 c、汽车尾气等
3、危害:损害人体健康、影响农作物生长、造成自然资源及建筑物的破坏等
4、防治空气污染的措施： 减少化石燃料的使用、开发新能源、汽车、工厂的废气经过处理后再排放、对煤进行脱硫处理、大力开展植树造林
5、空气质量日报（周报）
①首要污染物：可吸入颗粒、二氧化氮、二氧化硫
②空气污染指数
③空气质量级别
第二节 性质活泼的氧气
1、 认识氧气的性质
1、物理性质：在通常情况下氧气是一种无色、无味的气体、密度比空气略大、不易溶于水。
氧气有三态变化：液态氧是淡蓝色的；固态氧是淡蓝色雪花状固体
2、氧气的化学性质
几种物质在氧气中燃烧的现象：（注意比较物质在空气中与氧气中燃烧现象的不同）
反应物 反应条 件 反应现象 生成物
木炭 点燃 发出白光，放出热量，生成一种能使澄清的石灰水变浑浊的气体 二氧化碳
硫磺 点燃 发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成一种有刺激性气味的气体 二氧化硫气体
石蜡 点燃 发出白光，放出热量，瓶壁有水雾，生成一种能使澄清的石灰水变浑浊的气体 二氧化碳和水
铁丝 点燃 火星四射，放出热量，生成一种黑色固体 四氧化三铁固体
各反应的文字表达式：
木炭在氧气中燃烧：碳＋氧气二氧化碳
C O2 CO2
硫磺在氧气中燃烧：硫＋氧气二氧化硫
S O2 SO2
铁丝在氧气中燃烧:铁＋氧气四氧化三铁
Fe O2 Fe3O4
蜡烛在氧气中燃烧：石蜡＋氧气二氧化碳＋水
思考：1、比较一下几种物质空气中与氧气中燃烧现象的不同
2、硫与氧气反应生成的气体对空气有污染吗？如何处理污染物？
3、做铁丝与氧气反应的实验时为什么集气瓶底部要加少量的水（或细沙）？为什么将铁丝绕成螺旋状？火柴的作用？
注意：
a、在反应之前，必须在集气瓶底部留有少量的水或者细沙，目的是防止高温熔融物溅落炸裂瓶底
b、燃烧之前铁丝要打磨，然后将铁丝绕成螺旋状，目的是为了使空气与铁丝充分接触，容易聚热
c、将铁丝绕在火柴上的目的是引燃铁丝，使铁丝较快提高温度
d、当火柴的火焰接近铁丝时，将铁丝慢慢伸入集气瓶，否则木柴燃烧会消耗大量氧气使实验失败
小结氧气的化学性质：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在一定条件下能与很多物质发生化学反应。
补充：1、白磷在氧气中燃烧
现象：发出黄白光，放出热量，生成大量白烟。
文字表达式：磷＋ 氧气 五氧化二磷
P O2 P2O5
生活应用：烟雾弹，去除灯泡中的氧气等
2、铜与氧气反应
现象：铜丝不能在空气或氧气中燃烧，加热后，在红色的铜丝表面有黑色的固体产生。
文字表达式：铜＋氧气 氧化铜
Cu O2 CuO
用途：实验室一般用铜丝来去除混合气体中的少量氧气
3、氧气的用途
（1）支持燃烧 （2）供给呼吸
4、氧化反应
氧化反应：物质和氧的反应（物质和氧气的反应都是氧化反应）
氧化反应
氧气的检验方法：用带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃，说明是氧气
2、 氧气的获得
1、氧气的工业制法（发生的是物理变化）
原料：空气
方法：分离液态空气法
原理：根据液态空气中液氮和液氧的沸点不同进行蒸发分离
过程：
1、 氧气的实验室制法
实验室制取气体要考虑的因素：实验药品、实验原理、实验装置（发生装置、收集装置）、注意事项、操作步骤等
（1） 实验药品
第一组：高锰酸钾：KMnO4(紫黑色固体)
第二组：过氧化氢：H2O2（俗称：双氧水）和二氧化锰：MnO2
（无色液体） 黑色固体
(2)实验原理：
高锰酸钾锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
K2MnO4
过氧化氢氧气＋水
（3）实验装置
a、发生装置(展示两种发生装置)
高
锰酸钾+二氧化锰+氧气
固固加热型 固液常温型
适用于高锰酸钾加热制取氧气 适用于双氧水和二氧化锰常温下制取氧气
B、气体的收集方法： 向上排空气法(密度比空气大)
排水集气法（不易溶于水）
注意：选择排水法和排空气法的原则
排水法的条件：(1)不易溶于水(2)不能与水发生化学反应；
排空气法的条件：(1)气体的密度与空气的密度有一定的差值（气体密度大于空气的密度选择向上排空气法，若气体的密度小于空气的密度，则选用向下排空气法）(2)不与空气中的成分发生化学反应 (3）无毒
排水法收集的气体较纯，排空气法收集的气体较为干燥。
（4）实验步骤
a、 高锰酸钾制取氧气的实验步骤（查、装、定、点、收、移、熄）
一查: 连接仪器，检查装气密性
二装:用纸槽把固体药品装入大试管
三定:固定仪器
四点:点燃酒精灯
五收:收集气体
六移：把导管移出水面
七熄：熄灭酒精灯
b、 双氧水制取氧气的实验步骤
一、查 二装 三收集 四验满
（5）催化剂
概念：在化学反应中能加快其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后没有变化的物质叫催化剂，它所起的作用叫催化作用。
催化剂特征：一改变二不变
（6）验满：用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明已满
（7）检验：用带火星的木条伸入集气瓶内
（8）注意事项
高锰酸钾制氧气的注意事项：
1、在用高锰酸钾作原料时应在试管口塞一团棉花，防止加热时高锰酸钾进入导管
2、试管口要略微向下倾斜：防止生成的水回流，使试管底部破裂。
3、加热时要先均匀加热，然后再集中加热
4、用排空气法收集气体时应将导气管伸入集气瓶底部，以便排净空气
5、用排水法收集气体时，应等气泡均匀时方可收集
6、实验结束后一定要先移开导管，后熄灭酒精灯。
7、导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞：有利于产生的气体排出。
双氧水制氧气的注意事项
①先加固体→再滴加液体
②滴加液体时速度要慢
③反应过一会儿再收集氧气
④当液体加完后，要立即关上分液的活塞
⑤分液漏斗可以用长颈漏斗代替，但其下端应该深入液面以下，形成液封，防止生成的气体从长颈漏斗中逸出；并且使用分液漏斗时，要求固体为不溶性的块状固体
⑥气密性检查：关闭止水夹，打开分液漏斗活塞，向漏斗中加入水（或往长颈漏斗中注水），水面不持续下降，就说明气密性良好。
第三节 奇妙的二氧化碳
一、自然界中的二氧化碳
大气中二氧化碳的产生途径 大气中二氧化碳的消耗途径
拓展视野：二氧化碳与温室效应
1、 二氧化碳的奇妙变化
1、 二氧化碳的物理性质
实验：向阶梯蜡烛倒二氧化碳
现象：下层的蜡烛先熄，上层的蜡烛后熄
解释：二氧化碳不能支持燃烧，且密度比空气大
色味态 密度 溶解性
二氧化碳 无色无味气体 密度比空气大（1.5倍） 可溶于水
二氧化碳的三态变化：
二氧化碳气体 液态二氧化碳
固态二氧化碳（干冰）
2、 二氧化碳的化学性质
（1）不能供给呼吸
（2）不可燃也不支持一般可燃物的燃烧
问题：进入菜窖前要做什么实验 答：灯火实验
（3）CO2能与石灰水反应（石灰水：氢氧化钙的水溶液）
现象：澄清的石灰水变浑浊
二氧化碳 + 氢氧化钙→ 碳酸钙 + 水
CO2 Ca(OH)2 CaCO3 H2O
此反应常用于检验二氧化碳的存在
问题：在露置的石灰水上，一段时间后会出现一层白膜，该白膜就是空气中的二氧化碳与氢氧化钙反应生成的碳酸钙固体。石灰水涂墙也是利用该反应
思考：为什么用石灰水涂墙后，墙壁会出汗？实验室长期存放石灰水的试剂瓶如何洗涤？
活动与探究：将汽水瓶中的气体通入紫色石蕊试液中观察现象，再加热溶液，观察现象
现象1：紫色石蕊试液变红
现象2：溶液又变紫
（4）二氧化碳能与水反应
二氧化碳+水→碳酸
二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变成红色。
CO2 + H2O = H2CO3
但是碳酸很不稳定容易分解生成二氧化碳和水。
碳酸→二氧化碳+水
H2CO3 = H2O + CO2↑
3、 化合反应和分解反应
化合反应：由两种或两种以上的物质生成一种新物质的反应
碳＋氧气二氧化碳
铁＋氧气四氧化三铁
分解反应：由一种物质生成两种或两种以上的新物质的反应
高锰酸钾锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
碳酸→水+二氧化碳
二、二氧化碳的用途
1、 人工降雨 2、工业原料
2、 制冷剂 4、灭火
1、 光合作用的原料（气体肥料）
三、二氧化碳的实验制法
1、 反应原理
(1)试剂 ：石灰石（或大理石）（主要成分为碳酸钙）和稀盐酸
　讨论：药品的选择？
①石灰石或大理石的主要成分为碳酸钙，能否用碳酸钙粉末或者碳酸钠粉末代替石灰石作为实验室制取二氧化碳？
答：不能，化学反应的速率与反应物的接触面积有关。反应物颗粒越小，接触面积就越大，反应速率就越大，在实验室制取二氧化碳时就不易收集。
②盐酸就是氯化氢气体的水溶液。在实验室制取二氧化碳是否能够用浓盐酸代替稀盐酸？
答：不能。盐酸都具有一定的挥发性，如果利用浓盐酸制取二氧化碳，挥发性太强，使制得的二氧化碳气体中含有较多量的氯化氢气体，影响实验结果。
③实验室制取二氧化碳能否用稀硫酸代替稀盐酸？
答：不能。如果用稀硫酸，会与石灰石发生反应生成一种微溶性的固体——硫酸钙，包裹在固体表面，从而使液体与固体反应物隔绝，阻止反应的进一步进行。看到的现象时首先有少量气泡，马上停止。
（2）原理：
碳酸钙+稀盐酸→氯化钙+水+二氧化碳
CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑
2、常用气体的发生装置
比较上面三种装置的优缺点：
3、收集方法：只能用向上排空气法（可溶于水且密度比空气大）
4、检验方法：将气体通入澄清石灰水中，变浑浊
5、验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，火焰熄灭，已经收集满。
6、步骤：一查 二装 三收集 四验满
问题：
1、装置气密性的检查
2、如何控制反应的速度、发生和停止？
四、二氧化碳与人体健康
第四节 自然界的水
一、水的组成
1、电解水的实验
（1）现象：1．接通直流电源，看见两管子中都出现气泡，负极和正极中气体的体积比大约为2∶1
2．将一根带火星的小木条放在电源正极，木条复燃，说明生成了氧气
3．将一根燃着的木条放在电源负极处，气体被点燃，产生淡蓝色火焰，用一个干冷的烧杯放在火焰上方，烧杯内壁出现水珠，说明反应生成了氢气
（2）生成物（负氢正氧，氢二氧一）
生成物１：与电源正极相连的试管内的气体是氧气。
生成物2：与电源负极相连的试管内的气体是氢气。
（3）文字表达式：水 氢气　＋　氧气
（4）结论：水是由氢元素和氧元素组成的。水是一种化合物。
讨论：我们在做水通电电解的实验中，会发现氧气与氢气的体积比小于1：2，为什么？
说明：氧气的溶解性比氢气较强；有部分氧气与电极发生了氧化反应
注意： A.纯净的水导电性很弱，在做水电解实验时，一般在水中加入少量稀硫酸或氢氧化钠溶液，以增强水的导电性。而硫酸或氢氧化钠本身却并没有发生化学变化。
B.因为我们通常使用的是钠玻璃，焰色反应的影响，是反应产生的火焰呈黄色
2、氢气在氧气中燃烧
现象：产生淡蓝色火焰，放出大量热，罩在火焰上方的干冷烧杯内壁有水雾
文字表达式：氢气+氧气 水
结论：水是由氧元素和氢元素组成的
3、水分子的的分解
讲述：电解水是在直流电的作用下，发生了化学反应。水分子分解生成了氢原子和氧原子，2个氢原子结合成１个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2个氧原子结合成１个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。
在化学反应中，分子可以分成原子，而原子不能再能再分为更小的微粒
每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，因而水的化学式是H2O
交流与讨论：
1、水煮沸过程与水的分解过程有什么不同？
2、有人说水可以开发成能源，而且可以循环使用。你是怎样看的？
二、水的净化
1、 自来水的净化步骤：沉淀、过滤、吸附、消毒、杀菌等；
第一步：沉淀
沉淀包括：静置沉淀和吸附沉淀
静置沉淀：原理是利用重力作用将大的悬浮颗粒沉降下来
吸附沉淀：在水中加入明矾，明矾溶于水中可以吸附水中的小的悬浮颗粒而沉降
第二步：过滤
过滤：是一种从液体中分离出不溶性固体的方法。利用它可以把不溶于水的固体杂质与水分离出来。
第三步——吸附：利用活性炭作吸附剂
活性炭的作用：活性炭具有疏松多孔的结构，表面积很大。可以吸附水中悬浮物，也可以吸附溶于水有异味或有颜色的物质
第四步：消毒杀菌
水中含有细菌、病菌，可放入适量的药物进行杀菌、消毒。药物可用：漂白粉、氯气、新型的消毒剂二氧化氯（ClO2）等
这一步利用的是化学反应
2、硬水和软水
（1）、定义
硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水
软水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水
（2）硬水的危害：影响加热效率，浪费能源，容易引起锅炉爆炸等
（3）、硬水、软水的检验区别
观察与思考：硬水与软水的检验
试剂：肥皂水
现象：软水中产生泡沫多；硬水中形成较多白色浮渣。
（4）、硬水的软化
方法：蒸馏（工业用）、煮沸（家庭用）
注意事项：硬水加热后可以降低其硬度，一部分可溶性的钙、镁的化合物经加热后转变为不溶性的钙、镁的化合物，形成水垢。
水垢的主要成分：碳酸钙和氢氧化镁
除水垢的方法：用稀盐酸浸泡、或用食醋浸泡
三、水的利用
1、水体的主要污染源
a、工业三废 b、农业上流失的化肥与农药 c、生活污水
2、水源污染防治
鉴别氯化钠和纯净水的方法
加热在蒸发皿中出现白色固体的是氯化钠溶液，剩余的没有任何明显现象的纯净水
纯净物
混合物
粉尘
有害气体
剧烈氧化：燃烧、爆炸
缓慢氧化：动植物的呼吸作用、食物腐烂、钢铁生锈。
空气
空气
除去二氧化碳
干燥
氮气
液态空气
降温
加压
升温-196℃
液态氧
升温-183℃
氧气
升华
通电
点燃
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