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+O
22MgO
3Fe+2O
2Fe
3O
4②与非金属的反应:
C+O
2CO
2(O
2充分)
2C+O
22CO(O
2不充分)
③与化合物的反应:
2CO+O
22CO
2CH
4+2O
2CO
2+2H
2O
C
2H
5OH+3O
22CO
2+3H
2O
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。
概念:用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子,叫做化学式。如可用O2,H2O,MgO分别表示氧气、水、氧化镁的化学式。
对概念的理解: (1)混合物不能用化学式表示,只有纯净物才能用化学式表示。
(2)每一种纯净物只有一个化学式,但一个化学式有可能用来表示不同的物质。如氧气的化学式是O
2,没有别的式子再能表示氧气;P既是红磷的化学式,也是白磷的化学式。
(3)纯净物的化学式不能臆造,化学式可通过以下途径确定:
①科学家通过进行精确的定量实验,测定纯净物中各元素的质量比,再经计算得出。
②已经确定存在的物质可根据化合价写出。
书写规则: 1.单质化学式的写法:
首先写出组成单质的元素符号,再在元素符号右下角用数字写出构成一个单质分子的原子个数。稀有气体是由原子直接构成的,通常就用元素符号来表示它们的化学式。金属单质和固态非金属单质的结构比较复杂,习惯上也用元素符号来表示它们的化学式。
2.化合物化学式的写法:
首先按正前负后的顺序写出组成化合物的所有元素符号,然后在每种元素符号的右下角用数字写出每个化合物分子中该元素的原子个数。一定顺序通常是指:氧元素与另一元素组成的化合物,一般要把氧元素符号写在右边;氢元素与另一元素组成的化合物,一般要把氢元素符号写在左边;金属元素、氢元素与非金属元素组成的化合物,一般要把非金属元素符号写在右边。直接由离子构成的化合物,其化学式常用其离子最简单整数比表示。
化学式的读法:一般是从右向左叫做“某化某”,如“CuO”叫氧化铜。当一个分子中原子个数不止一个时,还要指出一个分子里元素的原子个数,如“P
2O
5”叫五氧化二磷。有带酸的原子团要读成“某酸某”如“CuSO
4”叫硫酸铜,还有的要读“氢氧化某”,如“NaOH”叫氢氧化钠。“氢氧化某”是碱类物质,电离出来的负电荷只有氢氧根离子。
化学式的意义:(1)
由分子构成的物质
|
|
化学式的含义 |
以H2O为例 |
质的含义 |
宏观 |
①表示一种物质 ②表示物质的元素组成 |
①表示水 ②表示水是由氢、氧两种元素组成的 |
微观 |
①表示物质的一个分子 ②表示组成物质每个分子的原子种类和数目 ③表示物质的一个分子中的原子总数 |
①表示一个水分子 ②表示一个水分子是由两个氧原子和一个氧原子构成的 ③表示一个水分子中含有三个原子 |
量的含义 |
①表示物质的相对分子质量 ②表示组成物质的各元素的质量比 ③表示物质中各元素的质量分数 |
①H2O的相对分子质R =18 ②H2O中氢元素和氧元素质量比为1:8 ③H2O中氢元素的质量分数=100%=11.1% |
(2)
由原子构成的物质(以Cu为例) 宏观:
表示该物质:铜
表示该物质由什么元素组成:铜由铜元素组成
微观:表示该物质的一个原子—一个铜原子。
化学式和化合价的关系:
(1)根据化学式求化合价
①已知物质的化学式,根据化合价中各元素的正负化合价代数和为0的原则确定元素的化合价。
标出已知、未知化合价:
列出式子求解:(+1)×2+x×1+(-2)×3=0 x=+4
②根据化合价原则,判断化学式的正误,如判断化学式KCO3是否正确
标出元素或原子团的化合价
计算正负化合价代数和是否为0:(+1)×1+(-2)×1=-1≠0,所以给出的化学式是错误的,正确的为K2CO3。
③根据化合价原则,计算原子团中某元素的化合价,如计算NH4+中氮元素的化合价和H2PO4-(磷酸二氢根)中磷元素的化合价。
由于NH4+带一个单位的正电荷,不是电中性的,因此各元素的化合价代数和不为多,而是等于+1. 设氮元素的化合价为x
x+(+1)×4=+1 x=-3
所以在NH4+中,氮元素的化合价为-3. 同理H2PO4-带一个单位的负电荷、不是电中性的、因此各元素的化合价代数和不为零,而是-1.
设磷元素的化合价为y
(+1)×2+y+(-2)×4=-1 y=+5 所以在H2PO4-中磷元素的化合价为+5.
④根据化合价原则,确定物质按化合价的排序。如H2S,S,SO2,H2SO4四种物质中均含有硫元素,并且硫元素的化合价在四种物质中分别为:-2,0, +4,+6,故这四种物质是按硫元素的化合价由低到高的顺序排列的。
(2)根据化合价写化学式
根据化合物中化合价的代数和等于0的原则,已知元素的化合价可以推求实际存在物质的化学式,主要方法有两种:
①最小公倍数法
|
步骤 |
举例 |
写 |
一般把正价元素的符号(或原子团)写在左边,负价元素的符号(或原子团)写在右边,并把化合价写在元素符号(或原子团)的正上方 |
、 |
求 |
求出两种元素化合价绝对位的最小公倍数,然后求出每种元素的原子个数= |
因为|-2|×|+3|=6,所以Al原子个数为6/3=2,O原子个数=6/2=3 |
标 |
将原子个数写在相应元素符号的正下角 |
Al2O3 |
验 |
检验各种元素正负化合价的代数和是否为0,确定化学式的正确性 |
(+3)×2+(-2)×3=0,所以该化学式正确。 |
②交叉法
|
步骤 |
例1 硫酸铜 |
例2 氧化钙 |
排列 |
分析名称,确定元素符号(或原子团)的顺序 |
铝 硫酸根 Al SO4 |
钙 氧 Ca O |
标价 |
标上化合价 |
、 |
、 |
约简 |
将化合价的绝对值约成最简整数比 |
、 |
、 |
交叉 |
将整数交叉写在元素符号(或原子团)的右下角 |
|
|
检验 |
根据正负化合价代数和是否为0,检验正误 |
(+3)×2+(-2)×3=0 |
(+2)+(-2)=0 |
确定化学式的几种方法:1. 根据化合价规则确定化学式
例1:若A元素的化合价为+m,B元素的化合价为-n,已知m与n都为质数,求A,B两元素化合后的物质的化学式。
解析:由题意知正、负化合价的最小公倍数为m ·n,A的原子个数为(m·n)/m=n,B的原子个数为 (m·n)/n=m
答案:所求化学式为AnBm.
2. 根据质量守恒定律确定化学式
例2:根据反应方程式2XY+Y2==2Z,确定Z 的化学式
解析:根据质量守恒定律,反应前后原子种类不变,原子数目没有增减,反应前有两个X原子,四个Y原子,则两个Z分子含有两个X原子和四个Y原子。
答案:z的化学式为XY2
3. 利用原子结构特征确定化学式
例3:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,求X、Y两元素所形成的化合物的化学式。
解析:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,X原子易得1个电子,Y原子易失2个电子,根据电子得失相等可求化合物的化学式为YX2
4.利用元素质量比确定化学式:
例4:有一氮的氧化物,氮、氧两元素的质量比为7: 4,求此氧化物的化学式。
解析:设此氧化物的化学式为NxOy,根据xN:yO =7:4 得14x:16y=7:4,即x:y=2:1。
答案:所求氧化物的化学式为N2O。
5. 利用化学式中所含原子数、电子数确定化学式
例5:某氮氧化合物分子中含有3个原子,23个电子,求此化合物的化学式。
解析:设此化合物的化学式为NxOy,则
x+y=3
7x+8y=23
解得x=1,y=2
答案:所求化学式NO
2。
利用化学式的变形比较元素的原子个数:例:质量相等的SO
2和SO
3分子中,所含氧原子的个数比为?
解析:SO
2的相对分子质量为64,SO
3的相对分子质量为80,二者的最小公倍数是320,二者相对分子质量相等时物质的质量相同,转化为分子个数SO
2 为320/64=5,SO
3为320/80=4,即5SO
2与4SO
3质量相同,所以含氧原子的个数比为(5×2):(4×3)=10:12=5:6。
四、利用守恒法进行化学式计算:
例:由Na2S、Na2SO3、Na2SO4三种物质构成的混合物中,硫元素的质量分数为32%,则混合物中氧元素的质量分数为?
解析:在Na2S,Na2SO3,Na2SO4中,钠原子与硫原子的个数比是恒定的,都是2:1,因而混合物中钠、硫元素的质量比(或质量分数比)也是恒定的。设混合物中钠元素的质量分数为x,可建立如下关系式。
Na ——S
46 32
x 32%
46/32=x/32%
解得x=46%
混合物中氧元素的质量分数为1-32%-46%=22%。
利用平均值法判断混合物的组成找出混合物中各组分的平均值(包括平均相对原子质量、平均相对分子质量、平均质量、平均质量分数等),再根据数学上的平均值原理,此平均值总是介于组成中对应值的最大值与最小值之间,由此对混合物的组分进行推理判断。
例:某气休可能由初中化学中常见的一种或多种气体组成,经测定其中只含C,O两种元素,其质量比为3:8,则该气体可能是?
解析:由题给条件知,该气体只含C,O两种元素,而这两种元素组成的气体可能是CO2、CO,O2。CO2中C,O两种元素的质量比是3:8,CO中C,O两种元素的质量比是3:4,O2中C,O两种元素的质量比是0 (因C的质量为0)。题中给出该气体中C,O两种元素的质量比是3:8,故符合题意的气体组成为:CO2或 CO,O2或CO,O2,CO2。
利用关系式法解题技巧:
关系式法是根据化学式所包含的各种比例关系,找出已知量之间的比例关系,直接列比例式进行计算的方法。
例: 多少克(NH4)2SO4与42.4g尿素CO(NH2)2所含的氮元素质量相等?
设与42.4g尿素中所含氮元素质量相等的(NH4)2SO4的质量为x
(NH4)2SO4——2N——CO(NH2)2
132 60
x 42.4g
132/x=60/42.4g
x=93.28
化学式前和化学式中数字的含义:①化学式前面的数字表示粒子(原子、分子)数目;
②离子符号前的数字表示离子的数目;
③化学式石一下角的数字表示该粒子中对应原子或原子团的数目;
④离子符号右上角的数字表示该离子所带电荷数。
求化合价:
化合价是元素的一种性质,它只有在元素彼此化合时才表现出来。在化合物中正、负化合价代数和等于零,这是求化合价的准则。
几种求法:
一、由化学式或根式
1.求AmBn化合物中A元素化合价的公式: (B元素的化合价×B的原子个数)/A的原子个数
2.求多元化合物中未知化合价的元素的化合价公式: (已知化合价诸元素价数的代数和)/未知化合价的元素的原子个数
3.根据正、负电荷数判断元素(或原子团)的化合价。 在根式中,正、负化合价总价数的代数和等于根式所带的正、负电荷数。
二、由元素质量比
1.(A元素的相对原子质量×B元素的化合价)/(B元素的相对原子质量×元素的化合价)=A元素的质量比值/B元素的质量比值
2.A元素的质量比值(或百分组成)×A的化合价/A的相对原子质量=B元素的质量比值(或百分比组成)×B的化合价/B相对原子质量
三、由质量比
(B的化合价×A的相对原子质量比值)/(A的化合价×B的相对原子质量比值)=A元素的质量比值/B元素的质量比值
正负代化合价数和为零:
【例1】试确定化合物K2MnO4中Mn元素的化合价。 解析:设化合物中Mn元素化合价为+x价,依化合物中各元素化合价正负代数和为零的原则有2×(+1)+1×(+x)+4×(-2)=0解之得x=6 故K2MnO4中Mn元素化合价为+6价。
电子层结构法
【例2】元素X的原子最外层上有1个电子,元素Y的原子最外层上有6个电子,则X、Y两元素可形成的化合物的化学式为[] A.XYB.X2YC.XY2D.X3Y 解析:本题的关键可以说是首先得确定在形成化合物时,X、Y两元素所表现的化合价。因X最外层上只有1个电子,最高正价为+1价,Y最外层6个电子,离8电子稳定结构尚差2个,故最低负价为-2价,则X、Y所形成化合物分子式为X2Y,应选B。
质量分数法
【例3】某元素的相对原子质量为59,在其氧化物中该元素的质量分数为71%,则它的化合价为[] A.+1B.+2C.+3D.+4 解析:设该元素的氧化物化学式为RxOy 依题意有59x/(59x+16y)*100%=71% 解得x/y=2:3 故化学式为R2O3,R化合价为+3价,选C。
质量守恒定律法
【例4】某金属氧化物与足量的盐酸反应,生成的氯化物与水的分子数之比为2∶3,则该金属的化合价是[] A.+1B.+2C.+3D.+4
解析:设生成的氯化物化学式为RClx,依题意有分子数之比RClx∶H2O=2∶3根据质量守恒定律可知,反应前后各元素的原子种类和数目不变,生成物中H、Cl的原子个数比也应为1:1,故x值为3,则R的化合价为+3价,选C。
相对分子质量法
【例5】某金属元素的氧化物相对分子质量为M,同价态的氯化物相对分子质量为N,则该元素的化合价数值为[]
解析:设该元素化合价为+x价,相对原子质量为MR
(1)如x为奇数时,氧化物化学式为R2Ox,氯化物化学式为RClx,据题意有
2MR+16x=M(1)
MR+35.5x=N(2)
(2)*2-(1)得x的值为x=+(2N-M)/55
(2)x为偶数时,氧化物化学式为Rox/2氯化物化学式为RClx,据题意有 MR+35.5x=N(4) x=+(N-M)/27.5
质量关系法
【例6】相对原子质量为M的金属单质ag与足量的稀硫酸反应,产生bg氢气,则反应中该金属元素的化合价为[]
解析:设金属在反应中化合价为+x价,则金属单质与生成H2有如下关系:
2R~xH2
2M 2x
a b
故应选B。
相关因素讨论法
【例7】某元素M原子最外层电子数少于5,其氧化物化学式为MxOy,氯化物化学式MClz当y∶z=1∶2时,M的化合价可能是[]
A.+1B.+2C.+3D.+4
解析:M的化合价在数值上等于z的值
如y=1z=2(合理) y=2z=4(合理) y=3z=6(与最外层电子数少于5不符) 故应选B、D。
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。
二氧化碳用途:
1.二氧化碳不支持燃烧,不能燃烧,比空气重,可用于灭火
2.干冰升华时吸收大量的热,可用它做制冷剂或人工降雨
3.工业制纯碱和尿素,是一种重要的化工原料
4.植物光合作用,绿色植物吸收太阳能,利用二氧化碳和水,合成有机物放出氧气
二氧化碳中毒:
二氧化碳中毒是人吸入高浓度的二氧化碳所出现的昏迷及脑缺氧情况,一般大气中二氧化碳含量超过1%时,人即有轻度中毒反应;当超过3%时,开始出现呼吸困难;超过6%时,就会重度中毒甚至死亡。
(1)征状
中毒主要征状有:头痛、头愫晕、耳鸣、气急、胸闷、乏力、心跳加快,面颊发绀、烦躁、谵妄、呼吸困难,如情况持续,就会出现嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血压下降甚至死亡。
(2)补救
打开门窗、通风孔,抢救者才可进入。将病人救出后,在空气新鲜处进行人工呼吸,心脏按摩,吸氧(避免高压、高流量、高浓度给氧,以免呼吸中枢更为抑制),开始1~2L/分,随病人呼吸好转逐渐增大给氧量(4--5L/分),以至采用高压氧治疗。(最好是纯氧)
吸入兴奋剂:多种兴奋剂交替、联合使用,如洛贝林、山梗菜碱等。
防止脑和肺水肿:应用脱水剂、激素,限制液量和速度,吸入钠的份量亦应限制。
对症治疗:给予多种维生素、细胞色素C、能量合剂、高渗糖,以防感染。
抢救同时要留意有没有其他有毒气体存在,如一氧化碳等。