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蜀麓耕夫山野草堂

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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】我的第二课堂·课题2.1 空气  

2011-07-15 17:53:05|  分类: 我的第二课堂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2011年07月15日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

  

 

【原创】我的第二课堂·课题2.1  空气

知识点:

1.了解拉瓦锡对空气成分的研究方法,培养科学的态度与方法。学习拉瓦锡不迷信权威,不迷信书本的精神。

2.了解空气的组成,了解空气中各成分的体积分数。

3.了解纯净物和混合物的概念,能区分典型的纯净物与混合物。

4.了解空气中氮气、稀有气体等成分的重要用途。

5.了解空气污染的成因,增强保护空气的意识。

 

课文详解

 

一、拉瓦锡的研究。

 

背景资料

为解释燃烧现象,17世纪末普鲁士医生施塔尔提出了燃素学说。照他的理论,可以用下面两个简单的式子来说明燃烧反应:

可燃物-燃素=灰烬

金 属-燃素=煅灰

他们认为火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形成化合物,也能以游离方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰,它弥散于大气之中便给人以热的感觉,由这种火微粒构成的火的元素就是燃素

燃素充塞于天地之间,流动于雷电风云之中。在地上,天上,海洋,陆地,动、植、矿物,和人的心中都含有它。大气中含有燃素,因而会在空气中引起闪电,而使大气动荡不已;生物含有燃素就富有生机;无生命物质含有燃素,就会燃烧。燃素不仅具有各种机械性质,而且又像灵魂一样,本身就是一种动因,是火之动力。物体失去燃素,变成死的灰烬,灰烬获得燃素,物体又会复活。

物质在加热时,燃素并不能自动分解出来。而须外加空气将其中燃素吸取出来,燃烧才能实现;上好的空气是具有吸收燃素的性质的。

腐蚀剂夺取了金属中的燃素,金属就被腐蚀;煅烧金属,金属失去尊贵的光芒而变成渣滓——当赋予它们以燃素,它们又变得不可一世。

物体中含燃素越多,燃烧起来就越旺;含的燃素少,燃烧起来就弱。上好的空气是具有吸收燃素的性质的,因此物体必须在空气中才能燃烧;各种实体都是由物体所共有的基本物质(元素)和该物体所特有的灵气所构成.并可以用火炼的方法使其分离。当实体被加热时,灵气便从实体中逸出。

由于金属等物质被氧化后质量增重,有的科学家认为燃素和灵气一样与地心是相排斥的具有负重量(即所谓轻量),因此金属失去燃素时,重量反而增加了。有人说,金属失去燃素,好比活着的人失去了灵魂,因此就象死体比活着的时候要重那样,的灰渣自然就比活的金属重。

燃素学说实际上是很不科学的,可是风行了一百多年。许多著名的化学家,如舍勒、普利斯斯特里、卡文迪许都拥护燃素学说。

最终由法国化学家拉瓦锡推翻了燃素说,建立起来了燃烧的氧化说。

拉瓦锡的全名是安都昂·罗朗·拉瓦锡(Antoine Laurent Lavoisier),他于1743826日生在巴黎,他一生的工作除了到外地参观视察以外,主要成就大都是在巴黎完成的。179458日他因当过征税官而被送上断头台,年仅51岁。因此没有发挥他科学上更多的专长,这是相当可惜的。

18世纪七十年代,瑞典的舍勤和英国的普利斯特里,先后发现了氧气,但由于他们迷信燃素说,并没有利用自己的发现来推翻燃素说。

1772年拉瓦锡观察到了氧化现象,这个现象使他迈出了化学革命的一大步。这个革命可以总结为一句话,就是燃素说是错误的;

此后拉瓦锡做了一系列重要的实验,最终宣告了燃素说的破产,燃烧的氧化说被化学界所公认。

2011年07月15日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

1777年,法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的组成,做了一个著名的实验。如右图,他将汞放在密闭的容器里连续加热12天,发现有红色粉末产生,同时容器里空气的体积减少了约15。他通过对剩余的45气体的研究,发现这些气体不能供给呼吸,也不能支持燃烧,他将其命名为氮气(拉丁文原意是“不能维持生命”,中名最早命名为“淡气”,后文字规范后,改为“氮气”)。

 拉瓦锡又把汞表面所生成的红色粉末收集起来,放在另一个较小的容器里再加强热,得到了银白色的汞和一种气体。这种气体的体积恰好等于原实验中减少的空气的体积。他把得到的气体加到前一个实验里剩下的45体积的气体中,结果所得的气体跟空气的性质完全一样。

拉瓦锡还发现,强热后所得的这种气体,呼吸起来很舒服,小鼠等生物能在其中生存更长的时间,可燃物能在其中燃烧更旺。拉瓦锡将其命名为“氧气”(原义为“酸的形成者”,中文名最早称为“养气”,文字规范后,改为“氧气”)。

通过以上实验,拉瓦锡得出空气是由氧气(O2)和氮气(N2)组成的结论。其中氧气约占15,氮气约占45

 

二、空气中氧气体积分数的探究实验。

2011年07月15日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

       用右图所示的实验装置进行实验,可粗略探究出空气中氧气的体积分数。

在集气瓶中放入少量水,并做上记号。用弹簧夹夹紧乳胶管。点燃燃烧匙内的红磷后,立即伸入瓶中并把塞子塞紧。观察红磷燃烧的现象。待红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹,观察实验现象及水面的变化情况。

【现象】红磷燃烧,发光放热,产生浓厚的白烟;冷却后,打开弹簧夹,水进入集气瓶中,进入瓶中水的体积大约是原瓶中气体体积的15

【结论】空气中氧气约占空气体积的15

红磷+氧气 2011年07月15日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂五氧化二磷

   P        O2                     P2O5

【探究反思】

1.为什么要在集气瓶中放少量的水?

燃烧后生成的五氧化二磷是空气污染物,利用水吸收五氧化二磷,以防污染空气。

2.该实验的原理是什么?

该实验利用可燃物的燃烧,消耗其中的氧气,使气体的量减少,压强变小,从面水进入集气瓶中。进入集气瓶中的水的体积,就是被消耗的氧气的体积。

3.该实验中对可燃物有何要求?

由于该实验利用可燃物消耗氧气,因此,可燃物必须满足以下条件:

可燃物必须易燃,因此,像铁等可燃物不能作为该实验的材料。

木炭、硫粉等可燃物燃烧后,虽然能消耗氧气,但同时生成二氧化碳和二氧化硫等其它气体,使气体的总量没有减少,水不能进入集气瓶中,导致实验失败。故,可燃物燃烧后不能生成气体。

可燃物不能与氧气外的其它气体反应,如镁,不仅能与氧气反应,还能与空气中的氮气反应,因此镁不适合做该反应的可燃物。

4.该实验中生成的白色雾状物为什么称为烟,而不称为“雾”?

在化学中,烟是指固体粉尘飘浮在气体中形成的混合物,而雾是指液体的小液滴飘浮在气体中形成的混合物。该实验中生成的五氧化二磷是固体,其小颗粒悬浮于空气中,当然是烟了。

5.该实验中除去氧气后的剩余气体中,主要是氮气,由该实验你能得出氮气的哪些性质?由此,你认为氮气可能用于哪些方面?

由该实验可知,氮气无色无味,不能燃烧也不能支持燃烧,难溶于水。由此可知,氮气要以作保护气。

6.做该实验时,有时发现进入集气瓶中的水不是15,可能的原因有哪些?

进入集气瓶中的水的体积不到15的原因有:

装置漏气;

红磷的量不足,不足以消耗掉全部的氧气;

红磷本身不能全部消耗掉氧气,换句话说,就是反应结束后,集气瓶中还有氧气剩余;

未冷却到室温就打开了弹簧夹;

导气管中还有一部分空气,若导管较粗,则进入集气瓶中的水的体积偏差于15更加明显;

……

【注】该实验方案并不是最好的实验方案,改进方案参见本博客以下文章:

http://xgf2881.blog.163.com/blog/static/48791257200942093751669/

 

三、空气的组成。

通过精确的实验,空气的成分按体积计算,大约是:氮气78%,氧气21%,稀有气体0.94%,二氧化碳0.03%,其他气体和杂质0.03%

这里需要指出两点:

稀有气体是指氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。这些气体化学性质非常稳定,一般很难和其他物质发生化学反应,因此,以前把它们称之为惰性气体,目前已发现这些气体也能与其他物质发生化学反应,加之在空气中非常稀少,故改称稀有气体。

空气中各成分的分数是按体积计算的。即每100份体积的空气中,含78份体积的氮气,21份体积的氧气……。若按各气体的质量分数计算,其结果是别一个数值了。比如氮气体积分数为78%,质量分数为75.4%,氧气的体积分数为21%,而质量分数为23.2%

 

四、混合物与纯净物。

像空气这样,由氮气、氧气、稀有气体等不同物质组成的物质,叫混合物;而其中的氮气、氧气等都是由一种物质组成的,这类物质叫纯净物

混合物没有固定的组成,各成分仍然保持各自的性质,比如空气中的氧气仍然能支持燃烧等。而纯净物有固定的组成,都有专门的化学符号来表示。如氮气可用N2表示,氧气可用O2表示,水可用H2O表示,二氧化碳用CO2表示等。

【强调】能用化学式表示的物质均是纯净物,反之是混合物

【训练】以下物质中,属于混合物的有哪些,属于纯净物的有哪些?

海水  干冰  红磷  五氧化二磷  石灰石

生理盐水    糖水  二氧化碳  冰水混合物

【答案】属于混合物的有:⑴

        属于纯净物的有:⑵

【说明】冰水混合物是纯净物,冰和水是同种物质,都是由水组成的,只是两种不同状态的水在混合在一起,但它仍然只是由一种物质组成。

 

五、空气是一种宝贵的资源。

1.氧气

氧气是我们生活一时一刻都不能离开的物质,一般来说,氧气的用途主要集中在两点:

供给呼吸:如急救病人、登山、潜水、航天、航空等。

支持燃烧:炼钢、气焊、火箭发射的助燃剂、气焊等。

2.氮气

氮气的化学性质稳定,不易与其他物质发生化学反应,故可以做保护气,如灯泡中充入氮气,可以保护灯丝不被氧化,延长灯泡的寿命;食品袋中充入氮气,可以防腐等。

氮气也是重要的化工原料,可以用于制化肥、炸药等。

3.稀有气体

稀有气体都是无色无味的气体,化学性质非常稳定,故可以用途保护气,如焊接金属时用稀有气体隔绝空气,灯泡中充入稀有气体等。

稀有气体在光源、激光、医疗、超导等领域都有广泛的用途。

 

六、保护空气。

洁净的空气是人类和动植物赖以生存的重要条件,保护空气是每个人的责任。空气的污染主要表现为以下几个方面:酸雨、沙尘暴、温室效应、臭氧层破坏等。

空气的污染物主要有两个方面,一是粉尘污染,如建筑工地扬尘,沙尘暴等,二是污染性气体的排放,从世界范围来看,主要污染性气体有二氧化硫、氮氧化合物(最多的是二氧化氮)、一氧化碳等。

空气污染的成因主要有以下几个方面:⑴ 工业废气大量排放到空气中,⑵ 植被被破坏,导致土壤沙漠化,⑶ 化石燃料大量燃烧,排放了大量的二氧化碳,⑷ 致冷剂中的氟里昂大量排放,破坏了臭氧层……

因此,要防止空气污染,主要措施有:改变能源结构,使用清洁能源;积极植树造林,禁止使用含氟里昂的致冷剂等。

 

 

2011年07月15日 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

 

 

习题参考答案:

1.氮气  氧气  氮气  氧气

2.⑴ B    C    A     C

3.氮气  氧气  二氧化碳  氦气  氖气 氩气  水蒸气等(选填其中的四种即可)

4.方法很多,如将一个玻璃杯倒扣入水中,水不能进入玻璃杯中;对着脸扇扇子,有一股气流扑面而来;……

5.在农村和繁华的街道上,最大的不同感受就是空气的质量,在农村,感觉空气清新,而在街道上,感觉空气污浊,这是由于街道污染严重的缘故。

6.(略)

 

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