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§3.1 空气与氧气
18世纪中叶以前
人们一直认为空气是一种成分单一的物质
空气是纯净物吗？
猜一猜：空气中有哪些气体？
可能含有：氧气、水蒸气、二氧化碳……
想一想：如何收集一瓶教室里的空气？
如何证明？
灌满水的集气瓶带入教室，在教室内倒出瓶内的水，盖上玻璃片。
观察空气
空气的成分
从冰箱中拿出的冷饮料瓶不一会儿在外壁凝结许多无色小液滴
将松脆的饼干露置于空气中过不了多久变软了
A. 水（H2O）的检验
无水硫酸铜
水
倒置装满冰块的烧杯，烧杯底部放上无水硫酸铜。
白色粉末变成蓝色
降低温度，使空气中的水蒸气遇冷在粉末表面液化。
五水硫酸铜
B. 二氧化碳（CO2）的检验
用大针筒把空气压进石灰水中，观察石灰水是否变浑浊？为什么？
空气中的二氧化碳使石灰水变浑浊
取一瓶空气和一瓶氧气，把一根燃着的木条先后插入两集气瓶中，观察木条在两集气瓶中燃烧的剧烈程度是否相同？
不相同
氧气具有助燃性
C. 氧气（O2）的检验
在纯氧中燃烧更剧烈
猜一猜为什么？
通过以上的活动可以初步确定，空气中至少含有CO2、O2和水蒸气（H2O）等物质。
空气是混合物
法国化学家拉瓦锡首先通过实验得出了空气是由氮气和氧气组成，氧气约占总体积的1/5。
拉瓦锡把少量汞放在密闭容器中加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积差不多减少了1/5。通过对剩余气体的研究，他发现这部分气体不能供给呼吸，也不助燃，他认为这全部是氮气（拉丁文原意是“不能维持生命”）。
他又把加热生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器中再加热，得到汞和氧气，且氧气体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积。
氧气体积分数=
氧气 体积
空气 体积
瓶子装满水后水的体积
活动: 测定空气中氧气的体积分数
注射器
止水夹
导管
集气瓶
如何让水主动进入玻璃瓶中？
有什么方法可以替代针筒抽取瓶中的氧气？
木炭
硫磺
红磷
镁条
选择的药品有什么要求？
铁粉
木炭在空气中燃烧，消耗氧气，生成CO2气体
硫磺在空气中燃烧，消耗氧气，生成SO2气体
红磷在空气中燃烧，消耗氧气，生成P2O5固体（体积忽略不计）
镁条在空气中燃烧，消耗氧气、氮气和二氧化碳
木炭
硫磺
红磷
镁条
铁粉
铁粉在空气中缓慢氧化，消耗氧气，生成Fe2O3固体
红磷
选择的药品要满足三个条件：
①只能和空气中的氧气反应；
②本身的状态为非气体；
③生成的物质为非气态。
红磷在空气中燃烧，消耗氧气，生成P2O5固体（体积忽略不计）
实验装置
燃烧匙
集气瓶
止水夹
导管
烧杯
红磷
水
活动: 测定空气中氧气的体积分数
实验原理
红磷燃烧消耗密闭空间内空气中的氧气，生成五氧化二磷固体，容器内压强减小，在大气压的作用下，进入容器内的水的体积等于减少的氧气的体积。
实验步骤
1、先在集气瓶内加入少量水，再把剩余的容积用记号划成5等份，做上记号。
吸收有毒的五氧化二磷 ，并加快冷却
2、点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧瓶塞，观察现象： 。
红磷继续燃烧，产生大量白烟
过量的红磷可以完全消耗掉瓶内空气中的氧气
3、火焰熄灭后，振荡集气瓶，打开止水夹，观察现象： ；消耗的气体跟余下的气体的体积比为 。
水被压入广口瓶内，约占瓶容积的1/5
1 : 4
实验结论
空气中氧气的体积约占总体积的1/5
红磷的量不足，瓶内氧气没有耗尽；
装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；
未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少。
1. 在这个实验中，为什么有时气体减少的体积小于1/5呢？导致结果偏低的原因可能有哪些？
2. 实验中有时气体减少的体积大于1/5，又是为什么呢？
点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞塞得太慢，使得瓶中空气受热膨胀，部分空气溢出。
实验开始时，没有夹或没夹紧止水夹。
装置气密性要好；
所选的除氧剂必须是易与氧气反应而不与空气中其它气体反应，本身非气体，生成物也非气体；
药品必须足量；
读数时一定要冷却到原温度。
3. 本实验成败的关键有哪些？
其他实验装置：
19世纪末，科学家又通过大量实验发现，空气中还有氦、氩、氙等稀有气体。此外，还含有少量的二氧化碳、水蒸气以及其他杂质。
成分 体积分数
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
其他气体和杂质
78%
21%
0.93%
0.04%
0.03%
大量的科学实验表明：
在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。
O2
供给呼吸
帮助燃烧
燃料在氧气中燃烧后产生的高温火焰可用来切割或焊接金属
N2
充入灯泡延长使用寿命
充入食品保装袋防腐保鲜
制造化肥、炸药的重要原料
用作致冷剂，医疗上常用液氮冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织。
通电时能发出不同颜色的光，制成霓虹灯、航行灯、闪光灯等。
用于激光技术，
制造低温环境（氦气），
用于医疗麻醉（氙气）等。
稀有
气体
焊接金属时用于隔绝空气
固态干冰作致冷剂
植物进行光合作用的原料
用于灭火
CO2
作化工原料（制纯碱、尿素、汽水）
空气的利用
气体 性质 用 途
氧气
氮气
稀有 气体
无色、无味、性质较不活泼
性质较活泼
性质不活泼
1、供给呼吸
2、帮助燃烧
3、燃料在氧气中燃烧后产生的高温火焰可用来切割或焊接金属
1、充入灯泡中，延长灯泡的使用寿命；
2、充入食品保装袋防腐，保鲜。
3、制造化肥、炸药的重要原料。
4、用作致冷剂，医疗上常用液氮冷冻麻醉或
冷藏人体细胞组织。
1、霓虹灯内充气，稀有气体通电后能发出不同
颜色的光。
2、激光技术，制造低温环境（氦气）用于医疗
麻醉（氙气）等。
空气的成分及作用
稀有气体
（0.93％）
氮气
（78％）
氧气
（21％）
其他
气体
（1％）
二氧化碳
（0.04％）
水蒸气等其他杂质
（0.03％）
冲入灯泡延长使用寿命，用于食品防腐、
保鲜，液态氮可作冷冻剂，是制作化肥、
炸药的原料。
供给生物呼吸，支持燃料的燃烧。
用作保护气，制成各种
用途的电光源
氧气的性质
氧气的结构
氧气的用途
资料
研究物质的性质主要从物理性质和化学性质两个方面展开。物理性质主要从物质的颜色、状态、气味、密度、熔沸点、凝固点等方面展开，化学性质主要是指物质在化学变化过程中表现出性质。研究的方法主要包括观察法和实验法。
从微观和宏观的角度描述氧气的组成和构成？
氧气由氧元素组成；
氧气由大量氧分子构成，每个氧分子由两个氧原子构成。
观察一瓶氧气的颜色和状态。
氧气在常温下为无色无味的气体
用手轻轻地在瓶口扇动，使少量氧气飘进鼻孔，闻一闻它的气味。
钢瓶内装的是什么物质 呈什么状态
通过加压的方法液化成淡蓝色的液态氧
氧气在1标准大气压下，降温到-183℃时液化成淡蓝色液体，-218 ℃变成雪化状的蓝色固体。
沸点
熔点
常温下1L水中大约能溶解30mL的氧气
氧气不易溶于水
氧气的密度比空气大
在标准状况下，氧气的密度为1.429g/L，比空气的密度（1.239g/L）略大。
化学式 分 类
结构 溶解性 颜色状态气味 密 度 熔 点 沸 点 氧 气
是由大量氧分子构成的
每个氧分子是由两个氧原子构成的
O2
非金属单质
不易溶于水
常温下无色无味气体
比空气密度（1.293克/升）略大
在标准状况下氧气的密度为1.429克/升
-218℃
此温度下凝固成雪花状的蓝色固体
-183℃
此温度下液化成淡蓝色的液体
（在1.01×105帕下）
活动：将一根带火星的木条伸入充满氧气的集气瓶里，观察产生的现象。
氧气的化学性质：具有助燃性，不具有可燃性
氧气的检验方法？
带火星的木条伸入瓶中，
如果复燃，证明是氧气。
收集氧气时如何验满？
带火星的木条伸到瓶口，
如果复燃，说明已集满。
化学性质通过化学反应表现出来，如何观察化学反应？
① 反应前物质颜色状态是怎样的？
② 反应在什么条件下发生？
③ 反应过程中有哪些现象？
④ 反应后生成物质颜色状态又是怎样的？
活动1：在铺有细砂的燃烧匙里放入少量的硫，在酒精灯火焰上加热，直至燃烧，观察其现象。然后把燃烧匙伸进盛有氧气的集气瓶里，观察燃烧的现象，闻一闻气味，用手触摸瓶壁有什么感觉？
反应物的 颜色、状态
反应条件
反应过程 中的现象
生成物的 颜色、状态
文字表达式
硫是 色的固体粉末
点燃
硫在氧气中燃烧发出 火焰，
明亮的蓝紫色
生成一种具有 气味的气体，
刺激性
反应 热。
放
具有刺激性气味的气体
二氧化硫（化学式为 ）
黄
SO2
硫和氧气反应
（空气中燃烧发出 火焰）
微弱的淡蓝色
硫+氧气 二氧化硫
点燃
为什么燃烧匙里要铺上细砂？
为什么集气瓶的底部要预留少量水？
细砂是燃烧匙和药品之间的一个保护层，防止药品腐蚀燃烧匙
吸收生成的二氧化硫，防止对空气造成污染。
活动2：取一根光亮的细铁丝绕成螺旋状，一端系上一根火柴，另一端系在一根粗铁丝上，点燃火柴，待火柴临近烧完时，缓缓伸进盛有氧气、瓶底预先装有少量水或铺上一层细砂的集气瓶里，不要触壁。观察发生的现象。
铁和氧气反应
反应物的 颜色、状态
反应条件
反应过程 中的现象
生成物的 颜色、状态
文字表达式
铁丝是 色的金属
点燃
银白
铁丝在氧气中 ，
剧烈燃烧，火星四射
放出 。
热量
生成一种 色的固体
四氧化三铁（化学式为 ）
黑
Fe3O4
铁+氧气 四氧化三铁
点燃
铁丝为什么要绕成螺旋状？
增大铁丝的受热面积，利于铁丝持续燃烧。
火柴有什么作用？
火柴燃烧放出的热量使铁丝温度升高，引燃铁丝。
为什么集气瓶底装有少量水或铺上一层细砂？
防止生成的高温熔融物溅落而炸裂瓶底。
为什么要待火柴临近烧完时，缓缓伸进氧气瓶？
以免火柴燃烧消耗氧气过多而使现象不明显。
活动3：用坩埚钳夹取一小块木炭，放在酒精灯外焰加热成发红状态，伸进盛有氧气的集气瓶里， 观察现象。等燃烧停止后，立即向瓶内倒进一些澄清石灰水，振荡，观察石灰水发生什么变化？
反应物的 颜色、状态
反应条件
反应过程 中的现象
生成物的 颜色、状态
文字表达式
碳和氧气反应
木炭是 色的固体
点燃
木炭在氧气中燃烧更 ，发出 光，
放出 。
旺
白
生成一种使澄清石灰水变 的气体。
浑浊
热量
黑
二氧化碳（化学式为 ）
CO2
碳+氧气 二氧化碳
点燃
活动4：用坩埚钳夹取一小块打磨过的镁条，放在酒精灯外焰点燃后，伸进盛有氧气的集气瓶里， 观察发生的现象。
反应物的 颜色、状态
反应条件
反应过程 中的现象
生成物的 颜色、状态
文字表达式
镁和氧气反应
镁条是 色的固体
点燃
镁在氧气中 ，
放出 。
剧烈燃烧，发出耀眼的白光
生成 固体
白色
热量
银白色
氧化镁（化学式为 ）
MgO
镁+氧气 氧化镁
点燃
反应物的 颜色、状态
反应条件
反应过程 中的现象
生成物的 颜色、状态
文字表达式
红磷和氧气反应
红磷是 色的固体
点燃
红磷在氧气中燃烧 ，
放出 。
产生白烟，发出白光
生成 固体
白色
热量
暗红
五氧化二磷（化学式为 ）
P2O5
红磷+氧气 五氧化二磷
点燃
硫在空气和氧气中燃烧现象不同；铁丝在空气中不能燃烧，而在纯氧中可以燃烧。你认为其中的原因是什么？
氧气的浓度不同
相同的物质参加反应，反应物浓度越大，反应越剧烈。
观察下列化学变化有何共同点？
S
+
O2
SO2
点燃
Fe
+
O2
Fe3O4
点燃
C
+
O2
CO2
点燃
P
+
O2
P2O5
点燃
氧化物
由2种元素组成的化合物，其中一种元素是氧
由两种或两种以上的物质生成一种物质的反应叫做化合反应
氧气的性质
氧气的物理性质
氧气的化学性质
（1）具有助燃性，不具有可燃性。
（2）化学性质比较活泼，能与许多物质发生反应。
常温下是无色无味的气体，低温下可液化成淡蓝色液体，也可凝固成雪花状蓝色固体；
不易溶于水；
密度比空气略大。
（排水集气法）
（向上排空气法）
S+O2 SO2
点燃
剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出大量热，生成刺激性气味的气体。
剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体。
剧烈燃烧，发出白光，放出大量热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。
剧烈燃烧，产生白烟，放出大量热，生成白色固体。
Fe+O2 Fe3O4
点燃
C+O2 CO2
点燃
P+O2 P2O5
点燃
请写出硫、铁丝、木炭、红磷、镁条在氧气中燃烧的表达式以及反应的现象。
剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量热，生成白色固体。
Mg+O2 MgO
点燃
空气中含有氧气，那么能否从空气中制取氧气呢？
氧气的工业制法
① 空气冷冻分离法
空气
多次压缩
降温
液态空气
低温蒸发
-196℃
氮气
液氧
（沸点-196℃）
（沸点-183℃）
N2
O2
原理：利用氧气与氮气的沸点不同
② 膜分离技术分离法
空气
一定压力下
有富集氧功能的薄膜
富集氧气
以上两种工业制氧过程，属于什么变化？
物理变化
氧气的实验室制法
制取原理：分解含氧元素的化合物
过氧化氢(H2O2)
无色液体
高锰酸钾(KMnO4)
氯酸钾(KClO3)
紫黑色颗粒
白色粉末
选择反应装置（包括发生装置和收集装置）
选择发生装置的依据
① 反应物的状态
② 反应的条件
选择收集装置的依据
① 气体的水溶性
② 气体的密度
排水法
向上排空气法
向下排空气法
空气
空气
(不易溶于水或难溶于水)
(密度比空气大)
(密度比空气小)
空气
空气
空气
空气
a b
“重”沉“轻”浮
O2、CO2
（密度比空气大）
“轻”浮“重”沉
H2、NH3、CH4
（密度比空气小）
空气
空气
空气
空气
空气
空气
空气
排水法
（O2、H2、CO、CH4）
向上排空气法
向下排空气法
制取方法1：
发生装置：
长颈漏斗的末端必须插入液体，防止生成的气体从长颈漏斗口逸出。
长颈漏斗
分液漏斗
检查装置的气密性
1、手捂（加热）法
将导管的出口浸入水中，手握试管等容器，如果观察到有气泡冒出，放手后，观察到导管末端回流一段水柱，表明装置不漏气。
2、液差（注水）法
夹紧弹簧夹后从长颈漏斗注入一定量的水，使漏斗内液面高于锥形瓶内液面，停止加水后，漏斗中的液面不下降，表明装置不漏气。
实验步骤：
2、转动分液漏斗的活塞，滴加过氧化氢，用排水法收集气体并验证收集的是氧气。
1、在分液漏斗中加入20~50毫升15%的H2O2，在烧瓶中加入50毫升水及0.5克MnO2。
二氧化锰 （MnO2）只改变反应速度，本身的质量和化学性质在反应前后都没有改变，这种物质叫做催化剂，在反应中起催化作用。工业上又叫做触媒。
催化剂不一定加快反应速率，也有减慢反应速率。
催化剂在反应中可以参与反应而发生变化，但反应结束时又能转化回原来的物质。
催化剂只影响反应速率，不影响最终产量。
当打开分液漏斗滴下双氧水时，导管的一端就会冒出气泡，此时能马上收集氧气吗？
不能，此时排出的是烧瓶内的空气，等气泡连续均匀产生才能收集。
除了用排水法收集氧气外，还可以用什么方法？
向上排空气法，
因为氧气密度比空气略大。
制取方法2：
反应装置：
发生装置
收集装置
实验步骤：
1. 检查装置的气密性。
2. 在试管中装入约 7克高锰酸钾，并把一团棉花放在试管口，用带导管的橡皮塞塞紧管口，使试管口略向下倾斜，固定在铁架台上。
（加热法）
防止固体进入导管
防止冷凝水回流，炸裂试管
防止受热不均，炸裂试管
导管伸入不宜太长（1cm左右），便于气体排出
3. 来回移动酒精灯，使试管受热均匀后将火焰集中在药品处加热。
4. 当有连续、均匀地气泡冒出后，再把导管口伸入盛满水的集气瓶里，收集气体。
防止水槽中的水倒吸入试管而使试管破裂
5. 停止加热时，先把导管移出水面，再熄灭酒精灯。
6. 观察收集到气体的颜色。
1、检查装置气密性
2、装入药品
3、固定试管
7、熄灭酒精灯
4、点燃酒精灯加热
5、收集氧气
6、把导管撤离水面
查
装
定
点
收
离
熄
茶庄定点收利息
（1）试管口应略向下
（3）导管应稍露出橡皮塞
（4）铁夹应夹在离试管口1/3处
（6）外焰应加热在试管底部
（5）排水收集时导管不能太长
大家来找茬
（7）酒精量不少于1/4，不多于2/3
（2）试管口应放一团棉花
7. 用坩埚钳夹取一小块木炭， 在酒精灯上烧至发红，然后插入集气瓶内，出现 现象，说明集气瓶中有 。反应完后，向集气瓶内加入澄清石灰水，振荡后，有 现象。
8. 把一块约2厘米X5厘米的铝箔片一端固定在粗铁丝上，另一端裹上一根火柴。点燃火柴，待火柴燃烧尽时，立即把铝箔伸入留有水、充满氧气的集气瓶中，有 现象。
剧烈燃烧，发出白光
氧气
浑浊
Al+O2 Al2O3
点燃
C+O2 CO2
点燃
剧烈燃烧，发出白光，产生白烟
课本讨论
（1）因试管受热不均而导致破裂；应先在试管下方来回移动酒精灯，使试管受热均匀后再集中加热。
（2）试管口处未放一团棉花，使高锰酸钾颗粒随气体进入水槽，溶于水后，变为紫红色；应在试管口放一团棉花。
（3）氧气具有支持燃烧的性质，集气瓶内的氧气逸出，使氧气的含量降低，所以与空气中燃烧的现象相同；应用排水法重新收集一瓶氧气再做实验。
制取方法3：
反应装置：
观察下列化学变化有何共同点？
由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应叫做分解反应
反应类型 化合反应 分解反应
特点
模式
两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应
由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应
多变一
一变多
A + B → AB
AB → A + B
原子利用率最高

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