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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


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.測定空氣(Air)中氧氣體積分數的實驗方法

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(N278%,氧氣(O221%,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?

 

 

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