空氣和氧氣
一、空氣的組成
1．空氣的成分和組成
(1)氮?dú)?/strong>
通常狀況下，氮?dú)馐菬o色、無味的氣體，難于水。常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。氮?dú)獠恢С秩紵膊还┙o呼吸。它是制造硝酸和化肥的 重要原料；根據(jù)氮?dú)獬叵禄瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氮?dú)饪捎米鞅Ｗo(hù)氣，如焊接金屬時(shí)常用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣，食品包裝時(shí)充氮?dú)庖苑栏?；醫(yī)療上 可用液氮作冷凍劑等。
(2)稀有氣體
氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣等氣體在空氣中含量少且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，化學(xué)上把它們總稱為稀有氣體，又稱惰性氣體。稀有氣體通常可用作保護(hù)氣；稀有氣體通電時(shí)會(huì)發(fā)出各種顏色的光，可用作霓虹燈等。
(3)臭氧（O3）
是大氣中一種很重要的氣體，它的重要性質(zhì)是抵御紫外線，保護(hù)地球上的生物免受緊外線傷害。
2．空氣中氧氣含量的測(cè)定
(1) 實(shí)驗(yàn)原理：利用磷燃燒消耗空氣中的氧氣，從而使容器內(nèi)形成負(fù)壓，打開止水夾后，水進(jìn)入容器內(nèi)。進(jìn)入容器中的水的體積，可 粗略地認(rèn)為是空氣中所含氧氣的體積。
(2)實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象：
①在集氣瓶中放入少量水（用于溶解生成的五氧化二磷，同時(shí)可吸收燃燒產(chǎn)生的熱，有利于瓶?jī)?nèi)降 溫），做上記號(hào)，并將瓶?jī)?nèi)剩余體積均分為五等分。
②用止水夾夾緊乳膠管，點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入集氣瓶中并把塞子塞緊。觀察到紅磷燃 燒，產(chǎn)生濃厚的白煙。
③紅磷熄滅后，冷卻至室溫，打開止不夾，觀察到水進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)，最終水面在五分之一記號(hào)處。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
①空氣是混合物；
②O2約占 1/5，可支持燃燒；
③其它氣體約占 4/5，不支持燃燒，也不能燃燒，難溶于水
(4)實(shí)驗(yàn)反思與改進(jìn)：
①反應(yīng)物選擇及用量：
選擇過量的紅磷是為了將氧氣完全轉(zhuǎn)化為固體物質(zhì)，形成壓強(qiáng)差，水倒流占據(jù)氧氣體積，便于觀察。
如果選擇碳或者硫，則會(huì)形成氣態(tài)物質(zhì)，無法形成壓強(qiáng)差，需在右側(cè)燒杯中使用氫氧化鈉溶液，可以吸收產(chǎn)物二氧化碳和二氧化 碳，同樣可以形成壓強(qiáng)差，實(shí)驗(yàn)也可以成功；
如果選擇鐵絲，則由于不能在空氣中燃燒而無法消耗氧氣，實(shí)驗(yàn)無法成功；
鎂條呢？然而，由于鎂會(huì)與氧氣、氮?dú)?、二氧化碳均發(fā)生反應(yīng)，則最終水倒流占據(jù)了三者體積和，顯然遠(yuǎn)大于五分之一，實(shí)驗(yàn)無 法成功。
②氣密性：
該實(shí)驗(yàn)涉及氣體體積測(cè)量，需在實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行氣密性檢查，在實(shí)驗(yàn)過程中也需保持氣密性良好，紅磷需先引燃后放入集氣瓶， 插入燃燒匙時(shí)，瓶口的氣體已經(jīng)受熱膨脹，造成氣體逸出，壓強(qiáng)差會(huì)增大，最終測(cè)量結(jié)果會(huì)偏大。如何改善實(shí)驗(yàn)過程呢？
如下圖所示，用著火點(diǎn)較低的白磷代替紅磷，用聚光、熱傳遞等方式引燃白磷，確保實(shí)驗(yàn)過程的氣密性良好。
③溫度：
溫度升高，則氣體受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，則瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)差值 變小，水流入量偏小，為避免溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，需冷卻到室溫后打開止水夾。
3．空氣的污染及防治：
(1)明確空氣質(zhì)量三大指標(biāo)：可吸入顆粒物（包含 PM2.5）、二氧化硫、氮氧化合物。只要是有毒氣體，均為大氣污染氣體，如 CO、H2S 等
二氧化硫會(huì)造成酸雨，其主要來源是工業(yè)上大量燃燒含硫燃料，如煤炭燃燒。
(2)防治：為了使天更藍(lán)，人類正在積極行動(dòng)，如加強(qiáng)大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，改善環(huán)境狀況；使用清潔能源，改善環(huán)境狀況；積極植樹、造林、種 草等，以保護(hù)環(huán)境。
(3)目前環(huán)境污染問題：
臭氧層破壞
溫室效應(yīng)（CO2等）
酸雨（SO2等）
二、氧氣的性質(zhì)
1．氧氣的物理性質(zhì)
常溫下，氧氣是無色無味的氣體，難溶于水，密度比空氣略大。
2．氧氣
(1)氧氣的化學(xué)性質(zhì)：
支持燃燒，供給呼吸。檢驗(yàn)氧氣：用帶火星的木條伸入瓶?jī)?nèi)，復(fù)燃則是氧氣。
(2)氧氣與很多物質(zhì)反應(yīng)現(xiàn)象
注意：
①鐵燃燒實(shí)驗(yàn)：
需將鐵絲繞成螺旋狀的目的：增大與空氣接觸面積，使反應(yīng)容易發(fā)生。
燃燒時(shí)需用火柴引燃：提高溫度，使其達(dá)到鐵的著火點(diǎn)?；鸩駧缀跸鐣r(shí)插入集氣瓶?jī)?nèi)：防止火柴消耗過多氧氣，影響鐵絲的燃燒。
要在集氣瓶底部放少量水或細(xì)砂的目的：防止濺落的高溫熔化物 Fe3O4炸裂瓶底。
鐵在空氣中不可燃燒：氧氣濃度越高，可燃物燃燒程度越劇烈。
②硫燃燒實(shí)驗(yàn)：
要在集氣瓶底部放少量水：吸收二氧化硫，防止污染空氣。
碳及其化合物
一、碳的單質(zhì)
1．碳的同素異形體
說明：無定形碳是混合物，不是碳同素異形體，如木炭、焦炭、活性炭（吸附性）、炭黑。
2．碳的化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)是一門研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的自然科學(xué)。
二、碳的氧化物
1．一氧化碳與二氧化碳
2．一氧化碳與碳還原氧化銅的比較
3．碳及其氧化物的轉(zhuǎn)化關(guān)系
三、家用燃料
1．燃燒的定義
具有劇烈的發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)，稱作可燃物的燃燒。
2．燃燒的條件
（1）存在可燃物
（2）可燃物接觸助燃劑：最常見的就是空氣中的氧氣。二氧化碳?xì)怏w也可作為某活潑金屬(例如鈉、鎂)的助燃劑，如：
現(xiàn)象：劇烈燃燒，發(fā)出白光，生成白色粉末和黑色固體)。
（3）溫度達(dá)到著火點(diǎn)：著火點(diǎn)指可燃物著火燃燒所需的最低溫度。
注意：三個(gè)條件同時(shí)滿足才能發(fā)生燃燒現(xiàn)象，缺一不可。
3．滅火的原理
消除可燃物或使可燃物與其他物品隔離，隔絕氧氣(或空氣)，以及使溫度降到著火點(diǎn)以下，都能達(dá)到滅火的目的。
4．燃料的充分燃燒
不間斷地鼓入足量的空氣(氧氣)；
增大接觸面積，把固體燃料進(jìn)行粉碎，把液體燃料噴成霧狀；
有效改進(jìn)設(shè)備，防止反應(yīng)熱量的散失。
5．常見的家用燃料
天然氣：主要成分是甲烷，是一種氣體化石燃料。甲烷是一種無色無味的氣體，極難溶于水，密度比空氣小，所以實(shí)驗(yàn)室可以用 排水法或向下排空氣法收集。甲烷是一種可燃性氣體，點(diǎn)燃前必須先驗(yàn)純，純凈的甲烷在空氣中安靜燃燒，火焰呈淺藍(lán)色，生成二氧 化碳和水。燃燒產(chǎn)物無污染，所以天然氣是一種清潔（或綠色）能源。
氫能是最理想的綠色能源，理由是來源廣泛，燃燒生成水，無污染，燃燒產(chǎn)生的熱量多等。
酸堿鹽
一、酸
1．酸的組成
酸是僅由氫元素和酸根組成的化合物。
【注意】以下物質(zhì)不是酸：NaHCO3、H2O
2．酸的分類
①有機(jī)酸和無機(jī)酸：
常見的無機(jī)酸：HCl、HNO3、H2SO4、H2CO3
常見的有機(jī)酸：CH3COOH（乙酸）、HCOOH（甲酸）
②無機(jī)酸按酸分子中氫原子個(gè)數(shù)不同，分為：一元酸、二元酸、三元酸。
如：HCl HNO3為一元酸 ；H2SO4 H2CO3為二元酸；H3PO4為三元酸。
有機(jī)酸按照 COOH 的個(gè)數(shù)不同，分為一元酸、二元酸
如：CH3COOH 為一元酸
③按是否含有氧分為：
含氧酸和無氧酸 含氧酸的命名規(guī)則為“某酸”：例如 H2CO3命名為碳酸
無氧酸的命名規(guī)則為“氫某酸”：例如 H2S 命名為氫硫酸
3．酸的通性：
酸的組成中均含有氫，因此酸具有相似的性質(zhì)。
①酸溶液與指示劑反應(yīng)。
②酸 + 活潑金屬（活動(dòng)性順序表中排在 H 前的金屬） → 鹽 + H2↑
鐵釘和鹽酸反應(yīng)：Fe+2HCl →FeCl2+H2↑ 現(xiàn)象：鐵釘溶解，有氣泡產(chǎn)生，溶液逐漸變?yōu)闇\綠色。
【注意】一般采用稀硫酸或者稀鹽酸，濃鹽酸揮發(fā)性太強(qiáng)，產(chǎn)生的氫氣中含有大量氯化氫氣體，濃硫酸或硝酸與金屬反應(yīng)不產(chǎn)生氫氣。
③酸與某些鹽反應(yīng)：
(1)與碳酸鹽、碳酸氫鹽反應(yīng)生成二氧化碳：
實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳：CaCO3+2HCl → CaCl2+H2O+CO2↑實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生
小蘇打可以緩解胃酸過多：NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑
(2)與一些鹽反應(yīng)生成沉淀：
用氯化鋇溶液檢驗(yàn)硫酸：BaCl2+H2SO4→ BaSO4↓+2HCl 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：有白色沉淀產(chǎn)生
用硝酸銀溶液檢驗(yàn)鹽酸：AgNO3+HCl → HNO3+AgCl↓ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：有白色沉淀產(chǎn)生
④ 中和反應(yīng)：酸 + 堿 → 鹽 + 水
(1)定義：酸和堿反應(yīng)，生成鹽和水并放出熱量的反應(yīng)稱為中和反應(yīng)。
如：3HCl + Fe(OH)3 → FeCl3 + 3H2O實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：紅褐色沉淀逐漸溶解，溶液變?yōu)樽攸S色。
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O無法觀察到明顯現(xiàn)象。
(2)中和過程中溫度和 pH 變化
以將稀硫酸注入氫氧化鈉溶液為例：
(3)中和反應(yīng)的應(yīng)用：
Ca(OH)2：改良酸性土壤。
Mg(OH)2、Al (OH)3：治療胃酸過多。
⑤ 酸 + 金屬氧化物 → 鹽 + 水
堿性氧化物定義：像氧化鐵、氧化銅，能跟酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物叫做堿性氧化物。大多數(shù)金屬氧化物是堿性氧化物。
稀鹽酸或稀硫酸除鐵銹：
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銹逐漸減少，溶液由無色變成黃色
黑色的氧化銅跟稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)：
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：黑色的固體逐漸溶解，溶液由無色變成藍(lán)色。
4．常見的酸
①鹽酸
(1)鹽酸的物理性質(zhì)：
鹽酸是無色透明的液體，有刺激性氣味，具有揮發(fā)性。
【注意】純凈的鹽酸為無色液體，工業(yè)鹽酸因含F(xiàn)eCl3而顯黃色。
(2)揮發(fā)性：
鹽酸濃度越大，揮發(fā)性越強(qiáng)。濃鹽酸瓶口出現(xiàn)白霧，這是由于揮發(fā)出來的氯化氫氣體與空氣中的水蒸氣接觸，又形成鹽酸小液滴 的緣故。
鹽酸具有揮發(fā)性，所以實(shí)驗(yàn)室必須密封保存，敞口放在空氣中，溶質(zhì)質(zhì)量減小，溶液濃度會(huì)變小。
②硫酸
(1)物理性質(zhì)：
純凈的硫酸是無色、粘稠、油狀的液體，不 易揮發(fā)，易溶于水并放出大量的熱。
濃硫酸稀釋時(shí)，需把濃 H2SO4沿容器壁慢慢注入水中且邊倒邊攪拌，切不可將水倒入濃硫酸。
皮膚上沾上濃硫酸，先用棉布吸去酸，后用清水沖洗，再用 3％~5％的小蘇打溶液沖洗
(2)吸水性：
濃硫酸吸收空氣中的水蒸氣，使溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，沒有生成新物質(zhì)，是物理變化。由于濃硫酸具有吸水性，所以實(shí)驗(yàn)室必須 密封保存。
利用濃硫酸具有吸水性，在實(shí)驗(yàn)室可以用作干燥劑，除堿性的氨氣不可以，幾乎可以干燥所有的氣體。
(3)脫水性：
原物質(zhì)中沒有水，將原物質(zhì)中的氫、氧兩種元素按水的組成比(2:1)脫去，是化學(xué)變化。
濃硫酸點(diǎn)到 pH 試紙上，試紙變成黑色，因此無法用 pH 試紙檢測(cè)濃硫酸酸堿度。
二、常見的堿
1．堿的組成：
堿是僅由金屬元素（或銨根）和氫氧根組成的化合物。
2．堿的分類
按照溶解性：
可溶性堿：NaOH，KOH，Ba(OH)2，Ca(OH)2，NH3·H2O
難溶性堿：其余的堿，如：Cu(OH)2、Fe(OH)3
按照堿性強(qiáng)弱：
強(qiáng)堿：NaOH，KOH，Ba(OH)2，Ca(OH)2
弱堿：其余的堿，如 NH3·H2O
3．堿的通性
① 堿溶液能使指示劑變色：
堿溶液使紫色石蕊溶液變藍(lán)，使無色酚酞溶液變紅。
② 與非金屬氧化物反應(yīng)生成鹽和水
酸性氧化物：像二氧化碳、二氧化硫等能跟堿溶液反應(yīng)生成鹽和水的氧化物叫做酸性氧化物。非金屬氧化物大多是酸性氧化物。
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (NaOH 應(yīng)密封保存)
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
③ 與酸發(fā)生中和反應(yīng)
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
④ 與某些鹽反應(yīng)
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓+ 3NaCl（NaOH 常用于制不溶性堿）
4．常見的堿
① 氫氧化鈉與氫氧化鈣
②Cu(OH)2：藍(lán)色粉末固體，難溶于水。
③Fe(OH)3：紅褐色同體，難溶于水。
三、鹽
1．鹽的組成：
鹽是由金屬元素（或銨根）和酸根組成的化合物。
2．鹽的分類和命名：
① 分類
正鹽：只由金屬元素（或銨根）和酸根組成的鹽。
如：NaCl、K2SO4
酸式鹽：金屬元素（或銨根）和酸式酸根組成的鹽。
如：NaHCO3、KHSO4、NaHS
復(fù)鹽，如：KAl(SO4)2
，讀作“硫酸鋁鉀”。
② 命名
含有相同的酸根：某酸鹽。
如含硫酸根的鹽（CuSO4、K2SO4、CaSO4等）統(tǒng)稱為“硫酸鹽”
含有相同的金屬元素：某鹽。如含K元素的鹽（KCl、K2SO4、K2CO3等）統(tǒng)稱為“鉀鹽”
3．鹽的溶解性
溶解性口訣：
鉀鈉銨硝四鹽皆可溶；
硫酸鹽中鋇不溶；（硫酸鈣，硫酸銀微溶）
鹽酸鹽中銀不溶；
碳酸鹽只溶鉀鈉銨。
其中硫酸鋇、氯化銀超級(jí)難溶，既不溶于水也不溶于酸
【記憶技巧】
常見八個(gè)沉淀：
4． 鹽溶液的顏色
無色——多數(shù)
藍(lán)色：銅鹽溶液——CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2
淺綠色：亞鐵鹽溶液——FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2
黃色：鐵鹽溶液——FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3
5． 鹽的通性
① 金屬+鹽溶液→新金屬+新鹽
條件：前換后（K、Ca、Na除外）、鹽必溶；混合鹽溶液中，間隔大先進(jìn)行
金屬活動(dòng)性順序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
② 酸+某些鹽→酸+鹽
條件：生成氣體或者沉淀
HCl+AgNO3→HNO3+AgCl↓（檢驗(yàn)鹽酸鹽）
H2SO4+BaCl2→2HCl+Ba2SO4↓檢驗(yàn)硫酸鹽）
2HCl +CaCO3→CaCl2+H2O+CO2↑（實(shí)驗(yàn)室制CO2）
③ 堿+鹽→新堿+新鹽
條件：可溶性堿和可溶性鹽生成難溶性物質(zhì)或弱堿
Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH
2NaOH+CuSO4→Na2SO4+ Cu(OH)2↓
④ 鹽+鹽→新鹽+新鹽
條件：兩種可溶性鹽生成一種或兩種難溶性鹽
2AgNO3+BaCl2→Ba(NO3)2+2AgCl↓
Na2CO3+CaCl2→2NaCl+CaCO3↓
四、金屬
1．金屬的物理性質(zhì)
2．金屬的化學(xué)性質(zhì)
（1）金屬與酸的置換反應(yīng)
在金屬活動(dòng)性順序里，只有排在氫前面的金屬才能置換出酸中的氫。
如：Zn+ H2SO4(稀)→ZnSO4+H2↑，Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
（2）金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)
在金屬活動(dòng)性順序里，排在前面的金屬（K、Ca、Na 除外）能把排在后面的金屬從其鹽溶液中置換出來，且鹽必須溶于水，否則不反應(yīng)。
【注意】
①活潑金屬與酸反應(yīng)時(shí)，酸一般指的是稀鹽酸或稀硫酸，當(dāng)金屬與濃硫酸或硝酸反應(yīng)時(shí)，不產(chǎn)生 H2。
②用金屬跟鹽溶液發(fā)生反應(yīng)時(shí)，一般不用很活潑的 K、Ca、Na 等，因?yàn)檫@些金屬常溫下和水發(fā)生反應(yīng)，而不能置換出鹽溶液里的金屬。
③Fe 參加與酸或鹽溶液的置換反應(yīng)時(shí)，生成物中鐵元素為+2 價(jià)，不可寫成+3 價(jià)鐵的化合物。
④設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證金屬活動(dòng)性順序時(shí)，如果從與酸反應(yīng)的劇烈程度來判斷，則要按控制變量的方式保證金屬大小與薄厚相同，表面氧化 膜都要用砂紙打掉，且所選擇的酸的濃度、體積、溫度都一樣。如果從前置換后的角度來比較，可選擇依次置換的方式來進(jìn)行。
3．金屬的冶煉
一氧化碳煉鐵的原理：
實(shí)驗(yàn)室中一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的裝置：
實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象主要有哪三點(diǎn)：紅棕色的氧化鐵粉末逐漸變成黑色，同時(shí)澄清的石灰水逐漸變渾濁，尾氣燃 燒并產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰。
4．金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱
在金屬活動(dòng)性順序中，排在氫前面的金屬能置換出稀鹽酸或稀硫酸中的氫，排在氫后面的金屬不能置換出稀鹽酸或稀硫酸中的氫。只有排在前面的金屬，才能把排在后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來。
【注意】金屬活動(dòng)性順序可采用“五元素一句”的方法記憶，即“鉀鈣鈉鎂鋁，鋅鐵錫鉛（氫），銅汞銀鉑金”。
五、化肥
