第2章 我們身邊的物質 第一節 有多種物質組成的空氣
第2章 我們身邊的物質
第一節 有多種物質組成的空氣
學習目標：
知識與技能：
1.能說出空氣的主要成分，能用實驗事實說明空氣是混合物；
2.了解空氣成分保持相對穩定的原因；
3.了解空氣中各成分在生產、生活中的用途；
4.了解造成空氣污染的主要原因，認識保持空氣潔凈的重要性；
過程與方法：
1.學會實驗室研究氧氣在空氣中含量的實驗，并理解各項注意點；
2.學會實驗方法“捕捉”空氣，采集空氣樣品
情感態度與價值觀：
1.養成關心空氣質量，自覺保護大氣環境的良好習慣與責任感；
2.初步學會科學探究的思想
學習重點與難點：
1.空氣的成分與探究空氣成分的方法；
2.氮氣和稀有氣體的性質與用途；
3.人類需要潔凈的空氣和空氣的污染。
學習內容：
一、探究空氣的成分
（1）實驗裝置（如右圖所示）
（2）實驗現象：
a.點燃紅磷后，打開止水夾前觀察到紅磷燃燒，發出黃白色火焰，產生大量的白煙，放出大量熱；
b.待集氣瓶冷卻到室溫后，打開止水夾，觀察到白煙消失，燒杯中的水進入集氣瓶中，其體積約占集氣瓶容積的1/5；
c.等反應結束后，用燃著的木條伸入到集氣瓶中，發現立即熄滅，說明集氣瓶中不含有氧氣（Oxygen），剩余的氣體基本上都是氮氣（Nitrogen）了。
（3）化學原理：紅磷（P）+氧氣（O2）點燃——→五氧化二磷（P2O5）
我們選擇能和空氣中氧氣起反應，而不跟氮氣及其他氣體起反應的固體物質磷，利用氧氣跟磷反應生成另一固體物質五氧化二磷，使密封容器中氣體的量減少，減少的量恰好是氧氣的量，引起密閉容器中的氣體壓強減少，外面大氣壓將燒杯中的水壓入集氣瓶中。
（4）思考問題：
a.實驗中為什么要使用磷，而不用木炭？
答：木炭燃燒生成產物是二氧化碳氣體[碳（C）+ 氧氣（O2）點燃——→二氧化碳（CO2）]，集氣瓶內氣體壓強在反應前后沒有改變，燒杯中的水就無法進入集氣瓶。
b.如果還是要利用木炭燃燒來完成實驗，我們該怎樣改進？
答：我們可以將燒杯中的水改為澄清石灰水或者是氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳氣體，從而使氣體壓強同樣也減少。
c.某同學進行該實驗中，發現實驗結果進入集氣瓶中液體體積遠不足1/5，為什么？
答：第一，紅磷不過量。這樣無法將集氣瓶中的氧氣完全消耗；
第二，裝置漏氣，外面的空氣進入集氣瓶，使得水進入的量就減少。
d.其他相似的實驗裝置，如右圖所示
2.空氣的成分
（1）空氣的成分按體積分數來分，大約是：氮氣（N2）78%，氧氣（O2）21%，稀有氣體0.94%，二氧化碳0.03%，其他雜質和氣體0.03%；
（2）空氣的主要成分一般是比較固定的。
提問：為什么空氣中的氧氣的含量會保持相對恒定呢？
答：動植物的呼吸、物質的燃燒、動植物的腐爛、鋼鐵的銹蝕都需要消耗大量的氧氣。但是綠色植物在日光下進行光合作用，會放出大量的氧氣。實驗證明植物放出氧氣的總量比它呼吸時需要氧氣的量多20倍左右，這就是氧氣量保持相對平衡的原因。
（3）空氣的“捕捉”和證明空氣存在的實驗
a. 實驗儀器：如右圖所示
b. 實驗過程中要注意氣密性的檢查，該裝置的氣密性如何檢查？
答：在導管處關閉失水夾，向分液漏斗中加入一定量的水，觀察液面，若漏斗中的液面不持續下降，則說明該裝置氣密性良好。
c. 排水集氣法：收集的氣體不易溶于水，也不與水發生反應。
在捕捉空氣的實驗里，用水可以把空氣從瓶子里“趕出”，空氣又可以把水從瓶子里“趕”出來“取而代之”，這說明空氣有什么性質？
（4）混合物（mixtrue）與純凈物（pure substance）
a. 混合物有兩種或兩種以上的物質混合而成的，而純凈物則只有一種物質組成的；
b. 純凈物有固定的組成，混合物沒有固定的組成，各成分的含量可以改變；
c. 混合物中各種物質的化學性質與它處于純凈物時的化學性質相同。
二、氮氣和稀有氣體
1.氮氣
（1）物理性質：氮氣在通常情況下是無色無味的氣體。
（2）化學性質：
a. 在常溫下，氮氣很難與其他物質發生化學反應；
b. 在某些情況下，氮氣可以與某些物質起化學反應。
（3）用途：
a. 用氮氣做燈泡的填充氣（主要是白熾燈內填充氮氣，如果燈泡中含有空氣，則鎢絲容易被被氧化而燒斷，如果被抽成真空，鎢絲就容易被氣化而斷）
b. 液態氮氣用于醫療手術（冷凍細胞，殺傷細胞，防止癌細胞擴散）
c. 用氮氣做糧食和蔬菜貯藏的保護氣（氧氣含量少，減緩呼吸作用，保持新鮮）
d. 用氮氣制氮肥（人工固氮，工業制氨氣N2 + 3H2 催化劑===2NH3）
2.稀有氣體
（1）稀有氣體是氦、氖、氬、氪、氙等氣體的總稱，這些氣體都是無色無味的氣體。
（2）稀有氣體一般不與其他物質發生化學反應，但在一定條件下，有些稀有氣體也能跟某些物質發生化學反應，生成新物質，例如：人們已經制取了二氟化氙，四氟化氙等；
（3）稀有氣體的用途：
a. 工業生產中作為保護氣
b. 有些稀有氣體用作于霓虹燈（氖燈——紅光燈：透霧性強，氙燈：發光強度高）
c. 用氦氣代替氫氣填充氣球，不會發生爆炸；
d. 用氦氣代替氮氣跟氧氣混合制的“人造空氣”供潛水員呼吸，不會發生“氣塞癥”；
e. 醫學上可應用氙氣做麻醉劑。
三、人類需要潔凈的空氣
1.排放到空氣中的有害物質分為粉塵和氣體兩類；
2.排放到空氣中的有害氣體主要為二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和一氧化碳（CO）
3.空氣質量日報中的主要污染物：可吸入顆粒物，二氧化硫和二氧化氮
4.有害物質的主要來源：礦物燃料（煤和石油）的燃燒，工廠和汽車的尾氣
5.空氣污染的危害：
a. 對人體健康的危害：引起感官和生理機能不適應；
b. 對植物的危害：空氣污染物的含量超過植物的承受限度，會使植物的細胞核組織器官受到傷害
c. 對器物的危害：對建筑材料及金屬的腐蝕，降低物品的壽命
6.防治空氣污染的方法：監測空氣質量；研制開發新的潔凈能源；處理工廠和汽車的尾氣
補充問題：
（1）水加熱到一定溫度，還未燒開時就有氣泡冒出。這些氣泡是什么？這一現象說明什么？
答：這些氣泡就是空氣，說明空氣有部分能溶于水
（2）如果把自然界水里溶解氣體收集起來，分析的結果是氧氣的體積分數大于氮氣的體積分數，此現象說明了什么？
答：這個現象說明了氮氣和氧氣比較，氧氣比氮氣易溶于水。
（3）用氦氣代替氮氣與氧氣混合，可得到“人造空氣”。人造空氣用于代替空氣供深海潛水員呼吸。因為用空氣供潛水員呼吸時，在壓強較大的深海里，會有較多的氮氣溶解在潛水員的血液里，當潛水員從深海上升，血液里的氮氣將成為氣泡釋放出來，大量氣泡會阻塞微血管，引起病變。用人造空氣可以避免這種問題。人造空氣可以用氦氣代替氮氣的原因是什么？
答：氦氣不容易溶解于血液中
（4）用一只碗、一只直筒形的玻璃杯、一截蠟燭、一塊小木塊、水和火柴，設計空氣中氧氣含量測定實驗，并在家里做實驗，測定2~3次。把你的實驗結果和課文實驗的結果相比較，結果是不是顯得不夠準確？你知道其中的原因嗎？
（5）討論題：怎樣保持居室內空氣的潔凈？怎樣使公共場所的空氣保持新鮮？為什么在公共場所要禁止吸煙？
（6）在田地里焚燒秸稈有什么不好？為什么要擴大園林面積和城市綠地？為什么要提倡用煤氣和石油液化氣代替民用煤炭？