本节课学习的是空气的组成,通过拉瓦锡实验和红磷实验验证了空气的组成成分,并认识了空气中氮气、氧气、稀有气体的用途。同时也了解了空气污染带来的危害等。
一.拉瓦锡实验验证空气成分
用定量的方法实验,第一次明确提出了“空气是由氧气和氮气组成”。其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。
实验原理:汞+氧气
氧化汞
二.实验室测定空气中氧气含量
(1)实验装置图(见书P27)
(2)实验原理红磷在密闭空间中燃烧消耗氧气,使得密闭空间中压强减小,打开
弹簧夹,大气压将烧杯中的水压入集气瓶中。(压入的水的体积=被消耗的氧气的体积)
(白磷同红磷燃烧的反应原理和现象相同,只是二者能够燃烧的温度不同,白磷40oC,红磷C)
(3)实验现象:
①红磷燃烧,放出热量,产生大量白烟
②装置冷却到室温后打开弹簧夹,烧杯内的水倒流入集气瓶,约占集气瓶内气体体积的1/5。
(补充:烟:固体的小颗粒;雾:液体的小液滴)
(4)实验结论:氧气约占空气总体积的1/5。
(5)反应原理:
文字表达式:磷+氧气五氧化二磷符号表达式:P+O2
O5
(6)氧气的体积分数=x%
(7)注意事项:
①所用的红磷必须过量。[如果红磷过少则氧气没有全部消耗完,测量结果偏小]
②要等集气瓶(装置)冷却到室温后才能打开弹簧夹。
[否则瓶内剩余气体仍然膨胀,剩余气体体积偏大,使得进入集气瓶内的水偏少。测量结果偏小]
③装置的气密性要好。[漏气会使外面空气漏进来,测量结果偏小]
④要先夹紧橡皮管,然后再点红磷,迅速伸入集气瓶立即塞紧瓶塞。
[红磷伸入过慢,瓶内气体受热膨胀逸出,或未夹紧弹簧夹,导致燃烧时气体受热膨胀逸出,测量结果偏大]
(8)药品选择
①可否换用木炭、硫等物质?
答:不能用木炭或硫代替红磷燃烧测空气中氧气含量(因为木炭或硫燃烧会产生气体,造成瓶内气体体积变化小)。
改进:将集气瓶内的水换成氢氧化钠溶液吸收二氧化碳、二氧化硫,不占体积的前提下还是可以测量的。
②可否换用铁丝?答:不能,铁丝在空气中不燃烧。
③可否换用金属镁?答:不能。金属镁能够与氧气、氮气、二氧化碳都发生燃烧。
小结:药品选择:物质能在空气中燃烧且只与氧气反应,燃烧后的生成物为固体或液体(占的体积忽略不计)。
(9)误差分析
实际测得的结果比真实值小,其原因可能是:
A红磷量不足;B装置气密性差;C未冷却至室温就打开弹簧夹
(10)集气瓶中水的作用:
(1)主要是吸收有毒的五氧化二磷(固体)。
(2)还可以吸热加快降温,和防止热的燃烧物溅落炸裂瓶底。
(11)瓶中剩余的主要气体是:
氮气(化学性质:不可燃不助燃;物理性质:难溶于水)
(12)燃烧过程中的集气瓶压强变化:
从燃烧开始,消耗氧气使得压强减小,但同时燃烧放出的大量热使瓶内的剩余气体受热迅速膨胀,压强增大。燃烧放热引起的压强增大大于消耗氧气的压强减小,所以总的效果是压强增大。待燃烧结束后,剩余气体慢慢冷却,压强减小,减小到比初始压强更小(减少的部分就是被消耗的氧气体现的压强)。打开弹簧夹或者打开装置后,水流入集气瓶,瓶内压强迅速恢复到和大气压相同。
(13)其他的测量装置
物质的分类:纯净物和混合物
①纯净物:由一种物质组成的。(可用化学符号表示)
②混合物:两种或多种物质组成的。这些物质相互间没有发生化学反应,各物质都保持各自的性质。
三.空气成分及用途
(1)空气是混合物,主要成分(按体积分数):氮气(N)78%,氧气(O)21%(氮气与氧气体积比约为4比1),稀有气体0.94%,二氧化碳(CO)0.03%,其它气体和杂质0.03%。
(2)空气是宝贵的资源
四.空气污染与防治
1.造成空气污染的物质:
①有害气体(一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2));
②可吸入颗粒物如烟尘
2.污染来源:空气中的有害物质来自化石燃料的燃烧,工厂排放的废气及汽车排放的尾气。
3.被污染的空气带来的危害:损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡。
4.存在的环境问题:温室效应(二氧化碳含量过多引起,其他如甲烷等也能造成)、臭氧空洞(飞机的尾气、制冷剂氟里昂的排放)、酸雨(由二氧化硫、二氧化氮引起)
重点:二氧化碳能造成温室效应加剧,但不是空气污染物和有害气体
5.防止空气污染的措施:加强大气质量监测,改善环境状态、植树造林、使用清洁能源。
6.目前空气污染指数包括:一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入颗粒物、臭氧。
7.未来化学将朝着“绿色化学”“绿色消毁”和“绿色生产”的方向发展。
“绿色化学”的核心是利用化学原理从源头消除污染。特点:①充分利用资源和能源,原料无毒无害②减少向环境排放废物③原料中的原子全部被消纳,实现零排放(在化合反应中体现)④生产出环境友好产品。
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