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第五章 氧气和二氧化碳

Lesson 5/11 | Study Time: 20 Min


5.1 氧气的性质



氧气的性质



物理性质





































性质 具体内容 生活例子
颜色和气味 无色、无味的气体 清晨呼吸的新鲜空气中就含有氧气。
溶解性 不易溶解于水,1升水只能溶解约30毫升氧气。 鱼类能在水中生存,是因为水里溶解了空气中的氧气。
密度 在0℃、标准大气压下,密度为1.429g/L,比空气略大。 氧气瓶中的氧气不会轻易“飞走”,因为氧气比空气重。
沸点 在-183℃时,氧气液化成淡蓝色液体。 工业中低温液化氧气,便于存储和运输。
凝固点 当温度降到-218℃时,氧气凝固成雪花状蓝色固体。 这种极低温度通常只在实验室或工业冷冻设备中出现。



分离空气法(冷冻空气分离法)



























内容 具体说明 生活例子
用途 工业上用来制取大量氧气,同时还能获得氮气。 医院里使用的氧气瓶就是通过这种方法制取的。
原理 空气中的氧气、氮气在不同温度下液化分离。 氮气和氧气可以通过冷却到不同温度分开。
变化类型 属于物理变化,因为没有新物质产生。 只是分离空气中的成分,没有化学反应。



氧气的化学性质































化学性质 实验现象 化学方程式 生活例子
支持燃烧 带余烬的木条遇氧气复燃。 蜡烛燃烧需要氧气,木炭燃烧也离不开氧气。
与硫反应 硫在纯氧中燃烧发紫蓝色火焰,生成具有刺激性气味的二氧化硫气体。 S + O₂ → SO₂ 硫磺火柴点燃时会产生刺激性气味的二氧化硫。
与铁反应 铁丝在氧气中燃烧,火星四射,生成黑色固体四氧化三铁。 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ 焊接过程中,铁丝燃烧时会产生火花。












5.2 氧化作用



氧化作用



氧化作用的定义


定义:物质与氧发生的化学反应称为氧化作用。



























生活例子 现象 解释
铁生锈 铁和氧气、水分反应生成铁锈。 铁的氧化反应,生成氧化铁(铁锈)。
苹果变色 切开的苹果暴露在空气中后表面变成褐色。 苹果中的物质与氧气发生反应,属于缓慢氧化。
人体呼吸 吸入氧气,分解食物中的营养物质,释放能量。 氧气参与细胞内的氧化反应,产生能量供生命活动。



缓慢氧化
































特点 内容 生活例子
定义 氧化反应进行得非常缓慢。 食物变质、橡胶老化、生物呼吸等都属于缓慢氧化。
食品油脂酸败 食品中的油脂与氧气反应,释放臭味和刺鼻气味,称为油脂酸败。 开封太久的油会变味,不能再食用。
橡胶老化 橡皮筋、胶鞋、轮胎等放置时间久了会失去弹性、变软、变黏。 老旧的橡皮筋容易断裂,轮胎会变得不耐用。
生物呼吸作用 生物通过缓慢氧化食物中的营养物质,释放能量供生命活动。 人类呼吸吸入氧气,分解糖类产生能量。



缓慢氧化的生活例子



























现象 原因 解决办法
油脂酸败 油脂与氧气反应,产生臭味和有害物质。 将食用油密封保存,避免与空气接触。
苹果变色 苹果中的酶与氧气反应,生成褐色物质。 切开的苹果表面涂抹柠檬汁,防止氧化。
橡胶老化 橡胶中的成分与氧气反应,失去弹性、变软。 使用含防老剂的橡胶制品,避免长期暴露在空气中。



总结






















氧化作用类型 特点 例子
快速氧化 反应速度快,通常伴随火焰和大量热量释放。 蜡烛燃烧、木材燃烧等。
缓慢氧化 反应速度慢,无明显火焰,但会释放少量热量。 苹果变色、油脂酸败、橡胶老化、生物呼吸等。












5.3 氧气的制取及用途



氧气的制取及用途



氧气的来源

















来源 说明 例子
植物的光合作用 植物通过光合作用吸收二氧化碳,释放氧气。 森林被称为“地球之肺”,是氧气的主要来源。



氧气的实验室制取


过氧化氢分解制取氧气






















物质 性质 作用
过氧化氢(H₂O₂) 无色透明液体,在常温下分解成水和氧气,但速度极慢。 通过分解反应生成氧气。
二氧化锰(MnO₂) 催化剂,能加快过氧化氢的分解速度。 改变反应速率,但自身质量和化学性质不变。

化学方程式:H₂O₂ → H₂O + O₂↑(在 MnO₂ 催化下)


其他制取氧气的方法






















方法 反应条件 化学方程式
加热高锰酸钾 加热高锰酸钾。 2 KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
加热氯酸钾 加热氯酸钾,通常需要添加二氧化锰催化剂。 2 KClO₃ → 2 KCl + 3 O₂↑



氧气的用途
































用途 具体说明 例子
呼吸作用 生物通过吸入氧气进行呼吸,氧化体内的营养物质,释放能量。 人类和动物的生命活动离不开氧气。
帮助燃烧 物质在纯氧中燃烧能达到更高温度。 氧气与乙炔混合燃烧产生氧炔焰,用于切割和焊接金属。
液态氧 液态氧可作为火箭的助燃剂。 火箭发射时使用液态氧作为燃料的助燃物。
家用制氧机 为患有呼吸疾病或心血管疾病的病人提供额外氧气,改善供氧状况。 家庭使用制氧机缓解精神疲劳、改善大脑供氧。











5.4 二氧化碳的性质



二氧化碳的性质



二氧化碳的物理性质



























性质 描述 例子
颜色和气味 无色、无味。 常见于空气中,但肉眼看不见。
密度 密度比空气大,为 1.977 g/L。 可以像倒液体一样从一个容器倒入另一个容器。
状态变化 在加压和降温条件下,二氧化碳可变成无色液体或雪状固体(干冰)。 干冰(固态二氧化碳)升华时直接变为气态。



干冰的特点






















性质 描述 例子
固态二氧化碳 干冰是固态二氧化碳。 用于人工降雨、舞台烟雾效果等。
升华现象 干冰在温度高于 -78℃时会升华成气态二氧化碳。 不经过液态直接变为气体。



二氧化碳的化学性质
































性质 描述 例子
助燃性 二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧。 灭火器中常用二氧化碳灭火。
溶解性 二氧化碳能溶于水中,1体积的水能溶解1体积的二氧化碳;增大压强可溶解更多。 汽水饮料通过加压溶解更多二氧化碳。
与水反应 二氧化碳溶于水生成碳酸(H₂CO₃),碳酸使紫色石蕊试纸变红。 H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺
碳酸分解 碳酸受热分解为水和二氧化碳,使红色石蕊试纸变紫。 H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑



二氧化碳的用途





































用途 具体说明 例子
灭火 二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,可隔绝空气灭火。 二氧化碳灭火器。
人工降雨 固态二氧化碳(干冰)用于人工降雨。 航空喷撒干冰以形成降雨。
食品保鲜 干冰用于冷藏食品。 冰激凌运输过程中使用干冰保温。
饮料制造 用于制造汽水、啤酒等碳酸饮料。 加压溶解二氧化碳于水中。
工业应用 用于制造碳酸盐、碳酸氢盐等化学物质。 制造纯碱(Na₂CO₃)。












5.5 二氧化碳的制取和用途



二氧化碳的制取和用途



二氧化碳的制取


实验室制取方法

















反应物 反应描述 化学方程式
稀盐酸和石灰石 盐酸与碳酸钙(石灰石)反应,生成二氧化碳、水和氯化钙。 CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

注意事项


不能用稀硫酸代替稀盐酸



  • 原因:稀硫酸与石灰石反应会生成硫酸钙(CaSO₄),硫酸钙难溶于水,会覆盖在石灰石表面,阻碍反应继续进行。


收集方法



  • 向上排空气法:因二氧化碳密度比空气大,可用向上排空气法收集。

  • 不能用排水法:二氧化碳能溶于水,不适合用排水法收集。




二氧化碳的用途


干冰的用途






















用途 描述 例子
吸热降温 干冰升华时吸收大量热量,降低周围环境温度。 用于食品冷藏、运输冰激凌等。
人造雾和降雨 干冰升华吸热,使空气中的水蒸气液化成小水滴,形成雾气或降雨。 用火箭或飞机向云中抛撒干冰,促使水蒸气凝结,形成人工降雨。

其他用途
































用途 描述 例子
水果保鲜 在水果包装中充入二氧化碳,抑制水果的呼吸作用,延长保鲜期。 包装苹果、草莓等易腐水果。
气体肥料 二氧化碳促进植物光合作用,作为气体肥料。 温室大棚中充入二氧化碳,提高作物产量。
发酵膨胀 酵母发酵产生二氧化碳,气体膨胀使蛋糕松软、面包变大。 蛋糕、面包制作过程中的发酵。
灭火 二氧化碳不燃烧、不助燃,可隔绝空气灭火。 二氧化碳灭火器用于扑灭油类或电器火灾。











5.6 燃烧与灭火




燃烧与灭火



燃烧


燃烧的定义


现象:火是物质燃烧时产生的现象。


定义:燃烧是可燃物质与氧气发生的一种发光、发热的剧烈氧化反应。


燃烧的条件



  • 燃点:燃点是物质燃烧所需达到的最低温度。只有当物质达到或超过燃点时,燃烧才能发生。

  • 可燃物:燃烧需要有可燃物质作为燃料。

  • 助燃物:助燃物(如氧气)是燃烧所需的氧化剂。




灭火和火灾自救


灭火的原理


只要除去燃烧条件中的任意一个,就可以达到灭火的目的:



  • 降低温度:将燃烧物的温度降到燃点以下。

  • 隔绝空气:阻止助燃物(氧气)接触可燃物。

  • 移除可燃物:去除燃烧所需的燃料。


灭火方法的例子



  • 油锅着火:盖上锅盖隔绝空气灭火。

  • 火灾自救:用湿毛巾捂住口鼻,匍匐前进,避免吸入浓烟。


灭火器的种类及用途



























灭火器类型 灭火原理 适用范围
泡沫灭火器 利用容器内两种灭火剂混合后喷出的水溶液和二氧化碳灭火。 用于扑灭油制品、油脂等火灾,但不能扑灭电器设备火灾。
干粉灭火器 干粉(如碳酸氢钠)灭火,能中断燃烧反应。 适用于可燃液体、气体和带电设备火灾。
二氧化碳灭火器 利用液态二氧化碳迅速气化,隔绝空气并降温灭火。 适用于扑灭贵重设备、档案资料、仪器仪表和油类火灾。



特殊燃烧现象


自燃


定义:物质在缓慢氧化过程中产生的热量如果不能散失,温度会逐渐升高,当达到燃点时,物质会自然燃烧。


原因:



  • 缓慢氧化产生热量无法散失。

  • 堆放在空气不流通的地方更易发生自燃。


例子:堆积的干草、煤堆或油抹布在高温环境下可能引起自燃。


爆炸


定义:燃烧以极快速率在有限空间内发生,瞬间产生大量热量,气体体积急剧膨胀,引起爆炸。


特点:



  • 燃烧速度极快。

  • 通常伴随巨大冲击波和声响。


分类:



  • 化学爆炸:空气与可燃气体混合点燃(如氢气与氯气混合物点燃引起爆炸)。

  • 物理爆炸:蒸汽锅爆炸、汽车轮胎爆炸等由于压力过大而引起。




总结
































类别 描述 例子
燃烧的条件 燃点、可燃物、助燃物三者缺一不可。 油锅着火、木材燃烧。
灭火原理 降低温度、隔绝空气、移除可燃物。 泡沫灭火器、干粉灭火器、二氧化碳灭火器。
自燃 缓慢氧化产生热量无法散失,温度达到燃点后自然燃烧。 堆积的煤、油抹布自燃。
爆炸 燃烧以极快速率在有限空间内发生,瞬间产生大量热量并引起冲击波。 氢气与氯气混合物点燃、蒸汽锅爆炸。