空气和氧气

空气中氧气含量的测定

空气的组成

空气的成分	$N_2$	$O_2$	稀有气体	$CO_2$	其他气体和杂质
体积分数	$78$%	$21$%	$0.94$%	$0.03$%	$0.03$%

警告

• 空气成分 百分比 指的是 体积分数，不是质量分数；
• 名称（氧气）+ 化学式（$O_2$）+ 体积分数（$21$%）。

大

• 目前计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物（粒径在 10 微米以下的颗粒物，称 $PM_{10}$，又称飘尘）和 臭氧 等；

• 二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要污染物；一氧化碳易使人中毒；

• 二氧化碳 会造成温室效应，但 不是污染物。

易错

空气 质量级别 越高，污染越大。

污染指数	50 以下	51 ~ 100	101 ~ 150	151 ~ 200	201 ~ 250	251 ~ 300	300 以上
质量级别	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ（1）	Ⅲ（2）	Ⅳ（1）	Ⅳ（2）	Ⅴ
质量状况	优	良	轻微污染	轻度污染	中度污染	中度重污染	重度污染

空气中氧气含量的测定

实验步骤

1. 检查装置 气密性；
2. 集气瓶中预先要加入少量水¹，把集气瓶 剩余容积 五等分，夹紧 弹簧夹；
3. 点燃燃烧匙内的 足量（过量）² 红磷后，迅速 伸入集气瓶内，塞紧瓶塞，观察现象；
4. 待集气瓶冷却到 室温 后，打开弹簧夹，观察现象。

原理

利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。

药品选择

• 碳、硫和蜡烛燃烧产生其他气体，导致结果不准；
• 白磷实验结果跟红磷一样，但白磷是剧毒的；
• 铁无法在空气中燃烧；
• 镁不仅能与空气中的氧气反应，还会与氮气和二氧化碳反应。

可燃物选择标准

• 在空气中 能燃烧 且只能跟 氧气 反应，不能与空气中的其他成分反应；
• 燃烧后生成物 不能 为 气态。

表达式

文字表达式：$\text{红磷} + \text{氧气} \xrightarrow{\text{点燃}} \text{五氧化二磷}$；
符号表达式：$P + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} P_2O_5$。

实验现象

红磷剧烈燃烧，产生大量白烟，放热，待装置完全冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸入集气瓶中，约占集气瓶内 空气体积 的 $\frac{1}{5}$。

实验结论

氧气约占空气体积的 $\frac{1}{5}$。

误差分析

导致结果偏小的原因

• 红磷的量 不足；
• 装置 漏气（如瓶塞未塞紧等），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。

导致结果偏大的原因

• 点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞 塞得太慢，瓶中空气受热膨胀，部分空气逸出；
• 实验开始时，没有夹 或 没有夹紧 弹簧夹，瓶中空气受热膨胀，部分空气逸出。

氧气的性质

物理性质

• 标况下无色无味，密度略大于空气，不易溶于水；
• $1.01×10^5kPa$，$-183^{\circ}C$ 淡蓝色液体；
• $1.01×10^5kPa$，$-218.4^{\circ}C$ 淡蓝色雪花状固体。

化学性质

• 供给呼吸；
• 支持燃烧。

物质在氧气中燃烧

反应物名称	反应物颜色及状态	在空气中的燃烧现象	在氧气中的燃烧现象	符号表达式
红磷	红色固体	产生大量 白烟3，放热	剧烈燃烧，产生大量 白烟3，放热	$P + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} P_2O_5$
硫	淡黄色固体	发出微弱的 淡蓝色 火焰，生成无色、有 刺激性 气味的气体，放热	发出明亮的 蓝紫色 火焰，生成无色、有 刺激性 气味的气体，放热	$S + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} SO_2$
木炭	黑 色固体	红热，生成无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体，放热	发出 白光，生成无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体，放热	$C + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} CO_2$
铁丝	银白色固体	不燃烧	剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放出大量热	$Fe + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} Fe_3O_4$
镁条	银白色固体	剧烈燃烧，发出 白光，放热，生成 白色固体	剧烈燃烧，发出 白光，放热，生成 白色固体	$Mg + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} MgO$

警告

描述 实验现象 时，不能出现 物质的名称，否则属于 实验结论。

警告

带火星的木条可以在 氧气 中 复燃，在空气中无明显变化。

化合反应与氧化反应

化合反应的概念

两种或两种以上物质生成另一种物质的反应（多变一）叫做化合反应，属于化学基本反应类型。

氧化反应的概念

物质与氧气发生的反应叫做氧化反应⁴。（不属于化学基本反应类型，是特征反应）

警告

有些氧化反应进行得很慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫做缓慢氧化，如动植物呼吸、食物腐烂、酿酒、酿醋等。

化合反应与氧化反应的关系

Footnotes

1. • 吸收白烟；
   • 吸收热量，加速冷却。
   ↩

2. 为了充分消耗氧气。 ↩

3. 只能称为白烟。白雾、白色烟雾都是错误说法。 ↩ ↩²

4. 分为 剧烈氧化 和 缓慢氧化。 ↩