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初中三年级化学

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    有三个集气瓶,其中分别盛有空气、氮气、氧气,欲鉴别它们,较好的方法是
    [     ]

    A.用带火星的木条伸入瓶内
    B.用燃着的木条伸入瓶内
    C.向各瓶中倒入澄清石灰水
    D.用燃着的镁带伸入各瓶
    本题信息:2012年江苏月考题化学单选题难度容易 来源:叶志华
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本试题 “有三个集气瓶,其中分别盛有空气、氮气、氧气,欲鉴别它们,较好的方法是[ ]A.用带火星的木条伸入瓶内B.用燃着的木条伸入瓶内C.向各瓶中倒入澄清石灰水D....” 主要考查您对

氧气的性质

氮气的性质和用途

物质的鉴别

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  • 氧气的性质
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定义:
     氧气,空气主要组分之一,比空气重,标准状况(0℃和大气压强101325帕)下密度为1.429克/升。无色、无臭、无味。在水中溶解度很小。压强为101kPa时,氧气在约-183摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。
氧气的性质:

1.氧气的物理性质:
(1)无色无味,标况下,氧气的密度为1.429g/L,密度比空气大,难溶于水,1L水中只能溶解约30ml的氧气。

(2)三态变化:氧气(无色气体)液氮(淡蓝色液体)固态氮(淡蓝色雪花状)

(3)工业产生的氧气,一般加压贮存在蓝色的钢瓶中。

2.氧气的化学性质:

(1)化学性质较活泼,在一定条件下,可以和多种物质发生化学反应,同时放出热量;具有助燃性和氧化性,在化学反应中提供氧,是一种常用的氧化剂。

(2)助燃性,氧化性
①与金属的反应:
2Mg+O22MgO
3Fe+2O2Fe3O4

②与非金属的反应:
C+O2CO2(O2充分)
2C+O22CO(O2不充分)

③与化合物的反应:
2CO+O22CO2
CH4+2O2CO2+2H2O
C2H5OH+3O22CO2+3H2O

易错点:
(1)误认为氧气具有可燃性,可以做燃料
氧气可以帮助可燃物燃烧,具有助燃性,它本身不能燃烧,不能做可燃物。

(2)误认为氧气的化学性质非常活泼,能与所有物质发生反应
氧气是一种化学性质非常活泼的气体,在一定条件下能与许多物质发生化学反应,但不是与所有物质都能发生化学反应。

(3)误认为燃烧都需要氧气
燃烧有广义和狭义之分,通常所说的燃烧是指可燃物与氧气发生的一种发光,放热的剧烈的氧化反应。燃烧的条件之一是需要氧气。但有一些燃烧不需要氧气,如镁在二氧化碳中也能燃烧。

(4)误认为物质与氧气的反应叫氧化反应
氧化反应是物质与氧发生的反应,其中包括物质与氧气中的氧元素发生的反应,也包括物质与其他含氧物质中的氧元素发生的反应。如氢气与氧气反应生成水是氧化反应,氢气与氧化铜反应生成铜和水也是氧化反应。

(5)误认为氧气与液氧性质不行
物质的性质包括物理性质和化学性质,氧气与液氧物理性质不同,但化学性质是相同的,因为它们二者的分子构成相同,都是由氧分子构成的。

(6)误认为含氧的物质都能制取氧气。
制取氧气需要含氧的物质,但不是所有的含氧物质都能用来制取氧气。
氮气:
    氮气,常况下是一种无色无味无臭的气体,且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%(体积分数),是空气的主要成份。常温下为气体,在标准大气压下,冷却至-195.8℃时,变成没有颜色的液体,冷却至-209.86℃时,液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质很稳定,常温下很难跟其他物质发生反应,但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。
物理性质:
(1)无色无味的气体
(2)不易溶于水
(3)在标准状况下密度为1.251g/L,密度比空气略小 

化学性质:

化学性质不活泼,一般情况下不能燃烧,也不支持燃烧;在常温下难与其他物质发生反应,但在高温下也能与一些物质发生化学反应。

用途:
(1)焊接金属时做保护气
(2)灯泡中填充氮气以延长灯泡的使用寿命,食品包装袋中充有氮气以防止食品腐烂变质
(3)医疗上可以在液氮冷冻麻醉的条件下做手术
(4)超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能
(5)制造氮肥和硝酸
(6)有些博物馆把贵重罕见的书画,墨宝保存在充满氮气的圆筒中,既可以避免氧化变质,又可防止虫蛀霉变。
氮的化学性质:
1. 氮化物反应
氮化镁与水反应:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3
在放电条件下,氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮:N2+O2=放电=2NO
一氧化氮与氧气迅速化合,生成二氧化氮2NO+O2=2NO2
二氧化氮溶于水,生成硝酸,一氧化氮3NO2+H2O=2HNO3+NO
五氧化二氮溶于水,生成硝酸,N2O5+H2O=2HNO3

2. 氮和活泼金属反应
N2与金属锂在常温下就可直接反应:6Li+N2===2Li3N
N2与碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba在炽热的温度下作用:3Ca+N2===Ca3N2
N2与镁条反应:3Mg+N2=点燃=Mg3N2(氮化镁)

3. 氮和非金属反应
N2与氢气反应制氨气:N2+3H2===(可逆符号)2NH3
N2与硼要在白热的温度才能反应:2B+N2===2BN(大分子化合物)
N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。

氮气用途——汽车轮胎
1.提高轮胎行驶的稳定性和舒适性
氮气几乎为惰性的双原子气体,化学性质极不活泼,气体分子比氧分子大,不易热胀冷缩,变形幅度小,其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30~40%,能保持稳定胎压,提高轮胎行驶的稳定性,保证驾驶的舒适性;氮气的音频传导性低,相当于普通空气的1/5,使用氮气能有效减少轮胎的噪音,提高行驶的宁静度。

2.防止爆胎和缺气碾行
爆胎是公路交通事故中的头号杀手。据统计,在高速公路上有46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的,其中爆胎一项就占轮胎事故总量的70%。汽车行驶时,轮胎温度会因与地面磨擦而升高,尤其在高速行驶及紧急刹车时,胎内气体温度会急速上升,胎压骤增,所以会有爆胎的可能。而高温导致轮胎橡胶老化,疲劳强度下降,胎面磨损剧烈,又是可能爆胎的重要因素。而与一般高压空气相比,高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油,其热膨胀系数低,热传导性低,升温慢,降低了轮胎聚热的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地减少爆胎的几率。

3.延长轮胎使用寿命
使用氮气后,胎压稳定体积变化小,大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了轮胎的使用寿命;橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致,老化后其强度及弹性下降,且会有龟裂现象,这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质,有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象,不会腐蚀金属轮辋,延长了轮胎的使用寿命,也极大程度减少轮辋生锈的状况。

4.减少油耗,保护环境
轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加,会造成汽车行驶时的油耗增加;而氮气除了可以维持稳定的胎压,延缓胎压降低之外,其干燥且不含油不含水,热传导性低,升温慢的特性,减低了轮胎行走时温度的升高,以及轮胎变形小抓地力提高等,降低了滚动阻力,从而达到减少油耗的目的。

物质的鉴别:  
根据不同物质的特性,用化学方法把两种或两种以上的已知物质一一区别开。
鉴别时只需利用某一特征反应,确定某物质的一部分就可达到鉴别的目的。且已知n种,确定n-1种,则余下的既为可知。  


鉴别物质常用的方法:
(一)、物理方法
“看、闻、摸、溶、吸”等方式进行鉴别。“看”就是要看物质的颜色、状态、形状等,“闻”可以闻某些气体的气味,“摸”可以通过摸容器的外壁,感觉是否有热量的改变,“溶”看物质是否能溶解,“吸”看是否能被磁铁吸引。如:硫酸铜溶液是蓝色的、氯化铁溶液是棕黄色的、其它常见的物质只要不含Cu2+和Fe3+的化合物的水溶液一般都是无色的,大理石是块状固体、氢氧化钠是片状固体、氢氧化钙是粉末状固体,氢气和氧气是气体、酒精有是液体

(二)、化学方法
就是通过不同的物质在与同一种物质发生化学反应时所产生的现象不同把它们鉴别开的方法,它是鉴别物质的常用方法。下面根据物质的构成的特点,分析在化学上常用的鉴别方法。
1、含“H+”的化合物(如HCl、H2SO4)的鉴别方法。
(1)用紫色的石蕊试液。酸溶液都能使紫色的石蕊试液变成红色,如硫酸溶液能使紫色的石蕊试液变成红色。
(2)用PH试纸。酸(含H+的化合物)溶液的PH<7,如:醋酸溶液的PH<7。
(3)用镁、铝、锌、铁等活泼金属。这些金属与酸反应产生的明显现象是,有无色气体生成。如:Mg+H2SO4==MgSO4+H2
(4)用含有“CO32-”的物质,如:碳酸钠与盐酸反应产生无色的气体,该气体能使澄清的石灰水变浑浊。
例1:设计实验鉴别两种无色溶液一种是硫酸,一种是氢氧化钠。分析:硫酸是酸性溶液,而氢氧化钠是碱性溶液。所以上述四种方法都可以用来鉴别这两种物质。

2、含“OH-”的化合物(如NaOH、Ca(OH)2)的鉴别方法。
(1)用紫色的石蕊试液或者无色的酚酞试液。观察到的现象是:含OH-的化合物才能使紫色的石蕊试液变成蓝色,能使无色的酚酞试液变成红色。
(2)用PH试纸。含OH的化合物的水溶液的PH>7
(3)用含有Cu2+等离子的盐溶液,会产生不同颜色的沉淀。
例2:有氯化钠、氢氧化钙和盐酸三种无色溶液,怎样实验的方法加以鉴别。分析:以上三种物质分别是盐、碱和酸三类,因此最好用紫色的石蕊试液进行鉴别,变成蓝色的是氢氧化钙,变成红色的是盐酸,不变色的是氯化钠溶液。

3、含“CO32-”的化合物(如Na2CO3)的鉴别方法。最常用的方法是稀盐酸和澄清的石灰水,看到的现象是:加入稀盐酸后有无色气体产生,该气体能使澄清的石灰水变浑浊。
例3:有碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液两种无色液体,怎样鉴别它们。分析:由于两种溶液都显碱性,所以不能使用酸碱指示剂。可向两种溶液中分别加入少量的稀盐酸,再反生成的气体通入到澄清的石灰水中。

4、含有“Cl-”的化合物(NaCl等)的鉴别方法。鉴别含“Cl”的化合物依据的原理是:它与含“Ag+”的化合物结合成AgCl,它是一种不溶于水也不溶于酸的沉淀。
例4,实验室里有两瓶失去标签的无色溶液,只知它们是氯化钠和硝酸钠,设计实验鉴别它们。分析:两种无色溶液中的阳离子都是钠离子,没有办法进行鉴别,但可以根据氯化钠与硝酸银溶液反应生成白色氯化银的沉淀,而硝酸钠与硝酸银不发生反应的原理反两种化合物的溶液鉴别开。

5、含“SO42-”的化合物(如Na2SO4)有鉴别方法。鉴别这类化合物的原理是:SO42-离子与Ba2+离子结合成不溶于水也不溶于酸的白色沉淀。
例5,设计一个实验鉴别两种无色溶液是硫酸钠溶液和氯化钠溶液。分析:根据上述原理,可用含“Ba2+”的化合物,常用的是氯化钡溶液,有白色沉淀生成的是硫酸钠溶液,无明显现象产生的溶液是氯化钠溶液。比照上述方法大家还可以尝试着总结出多种鉴别物质的方法。比如:鉴别含有“NH4+”的化合物常用含有“OH-”的化合物等。还需要说明的是鉴别物质是相互的,比如,前面讲到的可以用含“Ba2+”的化合物鉴别含有“SO42-”的化合物;也可以用含有“SO42-”的化合物鉴别含“Ba2+”的化合物。
例6,只用一种试剂通过一次实验就能把硝酸钾溶液、氢氧化钡溶液、氯化钡溶液、氢氧化钠溶液鉴别出来。分析:硝酸钾溶液中含有的K+和NO3-在初中还没有学过鉴别的方法,我们可以把它留在最后无现象的物质鉴别出来;氢氧化钡溶液中的Ba2+用SO42-进行鉴别,而OH-可用Cu2+等有颜色的离子进行鉴别;硫酸钠溶液中的Na+目前还没有鉴别方法,但Ba2+能用用SO42-进行鉴别;同理氢氧化钠溶液也可用Cu2+等有颜色的离子进行鉴别。

日常生活中一些物质的检定检验方法:
(1)鉴别聚乙烯和聚氯乙烯塑料(聚氯乙烯塑料袋有毒,不能装食品) 点燃后闻气味,有刺激性气味的为聚氯乙烯塑料。
(2)鉴别羊毛线、合成纤维线或棉线(采用燃烧法) 点燃,产生烧焦羽毛气味,不易结球的为羊毛线;无气味,易结球的为合成纤维线。燃烧,产生烧纸味,不结球的是棉线。
(3)鉴别硬水和软水用肥皂水,有浮渣产生或泡沫较少的是硬水,泡沫较多的是软水。
(4)鉴别氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷先用燃着的木条:使燃着的木条烧得更旺的是氧气,使燃着的木条熄灭的是二氧化碳;能燃烧的气体是氢气、甲烷、一氧化碳。进一步检验可燃性气体氢气、甲烷、一氧化碳燃烧后的产物:用干燥的烧杯罩在火焰上方,有水生成的是氢气和甲烷,无水生成的是一氧化碳;燃烧后生成的气体通入澄清石灰水,能使澄清石灰水变浑浊的是甲烷和一氧化碳。
(5)真假黄金假黄金通常是用铜锌合金伪造的,可用盐酸加以鉴别,如有气泡产生,说明该物质中含锌,是假黄金;也可灼烧,变黑,说明有铜,是假黄金。
(6)热固性塑料和热塑性塑料取样,加热,能熔化的是热塑性塑料,不能熔化的是热固性塑料。
鉴别题的解答思路:
1. 只用一种试剂的鉴别题:  
根据待鉴别的几种物质性质特点,加一种试剂,使各自出现明显不同的现象加以鉴别。  
思路:
(1)如果待检验的物质之间有明显的酸碱性差异时,可选用适当的指示剂或PH试纸检验。  
如用一种试剂检验盐酸、氯化钠、碳酸钠三种溶液,这种试剂是紫色石蕊试液。 
(2)如果待检验的物质之间有较明显的溶解性差异和溶解时的热效应差异,则可用加水使其溶解来检验。  
如用一种试剂检验:氯化钠、氯化铵、氢氧化钠、氯化银四种固体物质,这种试剂就是水。氯化钠可溶于水,溶解后溶液温度五显著变化;氯化铵易溶于水,溶解后溶液温度显著降低;氢氧化钠易溶于水,溶解后溶液温度显著升高,而氯化银不溶于水。  
(3)如果待检验的物质含有相同的阴离子或大多数相同的阴离子时,可选用加强碱溶液来检验。  
如用一种试剂检验:氯化铵、氯化钠、氯化铁和氯化镁四种溶液,这种试剂就是氢氧化钠溶液。氯化铵与氢氧化钠溶液反应后有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的氨气产生,氯化钠不与氢氧化钠反应,无现象发生;氯化铁与氢氧化钠溶液反应后有白色的氢氧化镁沉淀生成。  
(4)如果被鉴别的物质中含有相同或大多数相同的阳离子时,可选择强酸为试剂进行鉴别。  
如用一种试剂鉴别氯化钠、碳酸钠、亚硫酸钠三种溶液,这就是盐酸或稀硫酸。氯化钠与盐酸或硫酸不反应,无现象产生;碳酸钠与盐酸或硫酸反应,产生无色无味的二氧化碳气体;亚硫酸钠与盐酸或硫酸反应产生无色有刺激性气味的二氧化硫气体。  
(5)如果被鉴别的物质为金属单质和金属氧化物时,可选择强酸为试剂进行鉴别。  
如用一种试剂鉴别铁、铜、氧化铁、氧化铜四种固体物质,这种试剂是稀盐酸(或稀硫酸)。铁与盐酸反应有气体(氢气)产生,生成浅绿色溶液;铜不溶于盐酸,无现象产生;氧化铁溶于盐酸生产黄色的氯化铁溶液;氧化铜溶于盐酸生成蓝色的氯化铜溶液。  
(6)如果被鉴别的物质有几种含有相同的阳离子,有几种含有相同的阴离子,则要分别考虑区别不同阳离子需要何种离子,区别不同阴离子需要何种离子,然后将这两种离子合起来组成一种试剂。  
如用一种试剂鉴别硝酸银、碳酸钠、亚硫酸钠、硝酸钡四种物质,这种试剂是盐酸。因为四种物质中,硝酸银和硝酸钡的阳离子不同,。区别银离子和钡离子可用氯离子;碳酸钠和亚硫酸钠的阴离子不同,区别亚硫酸根离子和碳酸根离子可用氢离子,合起来,这种试剂就是盐酸。  
(7)还有另一种比较快速地找出试剂的方法。就是将所用试剂的离子重新组成新试剂,如果组合后的试剂答案中有,则一般地就可以认为用这一种试剂可以把这种物质区别开。

2. 不用任何试剂鉴别多种物质的思路:  
(1)从被鉴别的物质的物理性质上找突破口:  
①闻气味
如不用任何试剂鉴别氨水、硫酸钾、氯化镁、碳酸钠四种溶液。可先闻气味,氨水有强烈的刺激性气味,首先识别出氨水,然后以氨水为试剂,分别加入到另外三种溶液中,有白色沉淀产生的是氯化镁,再以氯化镁为试剂分别加到剩余的两种溶液中,产生白色沉淀的为碳酸钠,不反应的为硫酸钾。  
②看颜色
如不用任何试剂鉴别硝酸铵、氯化钡、硫酸铜、氢氧化钠四种溶液。首先观察出显蓝色的是硫酸铜溶液,以硫酸铜为试剂分别加到另外三种溶液中,产生蓝色沉淀的是氢氧化钠溶液,产生大量白色沉淀的是氯化钡溶液,无现象产生的是硝酸铵溶液。  
(2)加热法:  
如,不用任何试剂鉴别碳酸氢钠、碳酸氢铵、高锰酸钾、碳酸钠四种固体物质,即可加热法。加热时,碳酸氢铵完全分解成二氧化碳、氨气、水蒸气,试管内无任何残留物;碳酸氢钠受热分解有气体产生,试管内留有白色固体碳酸钠;高锰酸钾受热分解产生氧气,可使带火星的木条复燃,试管内留有黑色固体;碳酸钠受热时不分解,无现象产生。  
(3)两两混合列表分析法:  
将待鉴别的物质分别编号,分别以一种物质作为试剂加入到其它物质中去,将产生的现象列表分析。根据每种物质所产生的不同现象,可确定物质的名称。  
如不用任何试剂鉴别氯化钡、硝酸银、碳酸钠、盐酸四种溶液,先将四种溶液分别编为A、B、C、D进行互倒实验,将现象列表如下:
    
  然后进行分析:在四种物质中,能跟另外三种物质反应产生沉淀的只有硝酸银,因此B是硝酸银;能跟其中两种物质反应产生沉淀而跟另一种物质反应产生气体的只有碳酸钠,因此C是碳酸钠;而能跟碳酸钠反应产生气体的物质D必是盐酸;那么A必然是氯化钡。结论为:A是氯化钡,B是硝酸银,C是碳酸钠,D是盐酸。   有时,需要我们判断所给定的一组物质能否不用任何试剂进行鉴别,分析的方法就是用两两混合列表法。如果有两种或两种以上物质产生的现象是一样的,则不能鉴别。  
如上例中如果将氯化钡改成氯化钠则不可鉴别。因为碳酸钠和盐酸分别产生的现象都是与一种物质不反应,与一种物质反应产生沉淀,与一种物质反应产生气体,二者谁是碳酸钠,谁是盐酸,无法确定。  
不另加试剂鉴别物质的方法有:第一是观察组内物质是否有显特殊颜色的物质,是否有不溶于水的物质等,将这些物质确定后,就以其作为已知试剂用以鉴别其它物质。第二是将组内物质分别编号,然后分别以一种物质作为试剂加入另外几种物质中,将现象记录下来。如果不能得到各自不同的现象,则这组物质就还需另加试剂才能鉴别。    
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