空气

空气的组成：空气是一种混合物，主要由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳以及其他气体和杂质组成。

按体积计算，大约是氮气占\(78\%\)、氧气占\(21\%\)、稀有气体占\(0.94\%\)、二氧化碳占\(0.03\%\)、其他气体和杂质占\(0.03\%\)。

空气中氧气含量的测定：常用红磷燃烧的方法来测定空气中氧气的含量。实验原理是红磷在密闭容器中燃烧，消耗氧气，生成五氧化二磷固体，使容器内压强减小，在外界大气压的作用下，水被压入容器中，进入容器中水的体积约等于消耗氧气的体积。

空气的污染与防治：空气污染物主要包括有害气体和烟尘，其中有害气体主要有一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等。为了防治空气污染，可采取加强大气质量监测、使用清洁能源、植树造林等措施。

纯净物和化合物

纯净物：由一种物质组成的物质叫纯净物。纯净物可以用专门的化学符号来表示。

先记住一些常见的化学式（相当于汉字、乘法口诀、单词这么基础又重要的知识，本页的后面列出了初中、高中阶段要记住的化学式）。

例如，氧气（\(O_{2}\)）、氮气（\(N_{2}\)）、水（\(H_{2}O\)）等。

化合物：组成中含有不同种元素的纯净物叫做化合物。化合物一般有固定的组成和性质。

例如，二氧化碳（\(CO_{2}\)）、氧化铁（\(Fe_{2}O_{3}\)）、高锰酸钾（\(KMnO_{4}\)）等都是化合物。

氧气\(O_{2}\)

一、氧气的性质：

氧气的物理性质：通常状况下，氧气是一种无色、无味的气体，不易溶于水，密度比空气略大。在一定条件下，氧气可变为淡蓝色液体或淡蓝色雪花状固体。

氧气的化学性质：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能支持燃烧，具有氧化性。例如，木炭在氧气中燃烧比在空气中更剧烈，发出白光，放出热量，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体。

二、氧气的用途：

医疗急救：在医疗领域，氧气常用于急救病人。当病人出现呼吸困难、心肺功能衰竭等状况时，及时吸入高浓度的氧气，可以提高血液中的氧含量，维持身体各器官的正常代谢，为进一步治疗争取时间。例如，在心肺复苏过程中，给患者输入氧气是重要的急救措施之一。

高原吸氧：在高原地区，由于空气稀薄，氧气含量较低，人们容易出现高原反应，如头痛、乏力、呼吸困难等。此时，通过吸氧可以缓解高原反应症状，帮助人们更好地适应高原环境。

潜水作业：潜水员在水下作业时，需要携带氧气设备来供给呼吸。因为水中的氧气含量极低，无法满足人体正常呼吸的需求，所以潜水员依靠氧气瓶中的氧气来维持生命活动，确保在水下能够安全地进行工作或探索。

工业炼钢：在钢铁工业中，氧气是炼钢过程中不可或缺的物质。通过向炼钢炉中吹入高纯度的氧气，可以使生铁中的杂质（如碳、硫、磷等）与氧气发生剧烈的氧化反应，从而将杂质去除，提高钢铁的质量。同时，氧气的助燃作用还可以提高炉内的温度，加速炼钢过程，提高生产效率。

气焊、气割：气焊和气割是利用氧气和可燃气体（如乙炔、氢气等）混合燃烧产生的高温来焊接或切割金属材料。氧气作为助燃剂，能够使可燃气体充分燃烧，产生足够的热量来熔化金属，实现焊接或切割的目的。在这些工艺中，氧气的纯度和流量对焊接或切割的质量和效率有着重要的影响。

航天航空：在航天航空领域，氧气同样起着至关重要的作用。火箭发射时，需要大量的氧气来支持燃料的燃烧，产生强大的推力，使火箭能够克服地球引力，进入太空。在飞机飞行过程中，为了保证乘客和机组人员的正常呼吸以及飞机发动机的正常运转，也需要配备相应的氧气供应系统。

化学工业：氧气是许多化学反应的重要参与者，在化学工业中有着广泛的应用。例如，在生产硫酸、硝酸等化工产品时，氧气作为氧化剂参与反应，促进化学反应的进行，提高产品的产量和质量。此外，在一些有机合成反应中，氧气也可以作为引发剂或氧化剂，用于合成各种有机化合物。

污水处理：在污水处理过程中，利用氧气可以促进好氧微生物的生长和繁殖。这些微生物在有氧条件下，能够将污水中的有机物分解为无害的物质，从而达到净化污水的目的。通过向污水中通入氧气或空气，可以提高污水中的溶解氧含量，为好氧微生物提供良好的生存环境，加快污水处理的速度和效果。

食品保鲜：在食品包装中，充入一定比例的氧气和其他气体，可以延长食品的保鲜期。例如，在一些肉类、水果和蔬菜的包装中，适量的氧气可以抑制厌氧菌的生长，同时保持食品的色泽和口感，防止食品过早变质。

氧气的这些用途体现了其在人类生产生活、科学研究以及各种工业领域中的重要性，随着科技的不断发展，氧气的应用范围还在不断扩大和深化。

制取氧气

一、实验室制取氧气：

反应原理：实验室常用过氧化氢溶液在二氧化锰作催化剂的条件下分解制取氧气，其化学方程式为：

\(2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow\)

也可用加热高锰酸钾或氯酸钾和二氧化锰的混合物的方法制取氧气，化学方程式分别为：

\(2KMnO_{4}\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}\uparrow\)

\(2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}}{\underset{\triangle}{=\!=\!=}}2KCl + 3O_{2}\uparrow\)

实验装置：根据反应物的状态和反应条件选择发生装置。过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气属于固液常温型，发生装置可选用锥形瓶和长颈漏斗或分液漏斗；加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气属于固体加热型，发生装置可选用大试管、酒精灯、铁架台等。收集氧气可根据氧气的密度和溶解性选择向上排空气法或排水法。

实验步骤：以加热高锰酸钾制取氧气为例，其步骤可概括为“查、装、定、点、收、离、熄”，即检查装置的气密性、装入药品、固定装置、点燃酒精灯加热、收集气体、将导管撤离水面、熄灭酒精灯。

注意事项：加热高锰酸钾时，试管口要略向下倾斜，防止冷凝水回流到热的试管底部，使试管炸裂；在试管口放一团棉花，防止高锰酸钾粉末进入导管；用排水法收集氧气时，当气泡连续均匀冒出时再收集，否则收集的氧气不纯；实验结束时，先把导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止水槽中的水倒吸进入试管，使试管炸裂。

二、工业制取氧气：

工业上制取氧气是利用液态氮和液态氧的沸点不同，采用分离液态空气的方法，属于物理变化。在低温条件下加压，使空气转变为液态空气，然后蒸发，由于液态氮的沸点比液态氧的沸点低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液态氧。

化合反应：多变一

定义：化合反应是指由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应。

特点：多变一，即反应物至少有两种，而生成物只有一种。

化合反应的表达式（化学方程式）一般为：\(A + B +\cdots\longrightarrow C\)

碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为：\(C + O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CO_{2}\)

铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，化学方程式为：\(3Fe + 2O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}Fe_{3}O_{4}\)

氧化钙与水反应生成氢氧化钙，化学方程式为：\(CaO + H_{2}O =\!=\!= Ca(OH)_{2}\)

氧化反应：

一、氧化反应的定义

氧化反应是指物质与氧发生的化学反应。这里的“氧”：

既可以是（1）氧气中的氧，也可以是（2）含氧化合物中的氧。

二、氧气反应的特点

1、得氧：从得失氧的角度来看，氧化反应表现为反应物得到氧元素。例如，氢气与氧气反应生成水，氢气得到氧变成了水，氢气发生了氧化反应。

2、元素化合价升高：在氧化反应中，反应物中某些元素的化合价（本页后面有介绍 什么是化合价？这是后面的章节的内容）会升高。如在碳与氧气反应生成二氧化碳的过程中，碳元素的化合价从\(0\)价升高到\(+4\)价。

3、常伴有能量变化：一般情况下，氧化反应会释放出热量，表现为发光、放热等现象。比如燃烧是一种剧烈的氧化反应，会放出大量的热和光。

三、生活中常见的氧化反应类型

1、燃烧：燃烧是一种剧烈的氧化反应，通常伴有发光、发热的现象。例如，煤炭在空气中燃烧，与氧气发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热量和光。物质要燃烧必须同时满足三个条件：可燃物、与氧气（或空气）接触、达到着火点。

2、缓慢氧化：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。如动植物的呼吸、食物的腐烂、酒和醋的酿造、农家肥料的腐熟等都属于缓慢氧化。缓慢氧化虽然不剧烈，但也会放出热量，若热量积累达到可燃物的着火点，也可能引发自燃。

3、金属的锈蚀：金属与空气中的氧气、水等物质发生化学反应导致金属生锈，也是一种氧化反应。例如，铁在潮湿的空气中容易生锈，是因为铁与空气中的氧气和水发生了缓慢的氧化反应，生成了铁锈（主要成分是\(Fe_{2}O_{3}\)）。

四、氧化反方在化学反应中的作用

1、与其他反应类型的联系：氧化反应常与还原反应同时发生在一个化学反应中，二者是相互依存的关系。在氧化还原反应中，氧化反应和还原反应是同时进行、不可分割的两个半反应。例如，在氢气还原氧化铜的反应\(H_{2}+CuO\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}Cu + H_{2}O\)中，氢气得到氧化铜中的氧发生氧化反应，氧化铜失去氧发生还原反应。

2、在能量转化中的作用：氧化反应在许多情况下是释放能量的过程，这些能量可以以热能、光能等形式表现出来，从而被人们利用。例如，燃料的燃烧就是利用氧化反应释放的能量来取暖、发电、驱动交通工具等。

氧化反应在生产生活中有着广泛的应用和重要的意义，同时也需要我们注意防止一些不利的氧化反应，如金属的锈蚀等。对氧化反应的研究有助于我们更好地理解和利用化学变化，为人类的生产生活服务。

实验中制取氧气的方法

方法1：加热高锰酸钾制取氧气（重要！！！！！！！！）

反应原理：高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为：

\(2KMnO_{4}\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}\uparrow\)

发生装置：固体加热型，需要用到大试管、酒精灯、铁架台、带导管的单孔橡皮塞等仪器.

收集方法：由于氧气不易溶于水且不与水反应，可用排水法收集；又因为氧气的密度比空气大且不与空气中的成分反应，也可用向上排空气法收集.

实验步骤：可概括为“查、装、定、点、收、离、熄”。即检查装置的气密性；将药品装入试管，并在试管口塞一团棉花，用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管；把试管固定在铁架台上；点燃酒精灯加热；用排水法或向上排空气法收集氧气；收集完毕，先将导管撤离水槽；最后熄灭酒精灯.

注意事项：试管口要略向下倾斜，防止冷凝水倒流使试管炸裂；药品要平铺在试管底部，以便均匀受热；试管口的棉花是为了防止高锰酸钾粉末进入导管；用排水法收集时，待气泡连续均匀冒出时再收集，否则收集的氧气不纯；实验结束时，先把导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止水槽中的水倒吸进入试管，使试管炸裂.

方法2：加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气（重要！）

反应原理：氯酸钾在二氧化锰的催化作用下受热分解生成氯化钾和氧气，化学方程式为：

\(2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}}{\underset{\triangle}{=\!=\!=}}2KCl + 3O_{2}\uparrow\)

发生装置：同样是固体加热型，仪器与加热高锰酸钾制取氧气类似.

收集方法：排水法或向上排空气法.

注意事项：二氧化锰是该反应的催化剂，能加快反应速率，但本身的质量和化学性质在反应前后不变。其他注意事项与加热高锰酸钾制取氧气类似，如试管口略向下倾斜、先预热再集中加热、用排水法收集时注意收集时机等.

方法3：分解过氧化氢溶液制取氧气

反应原理：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，化学方程式为：

\(2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow\)

发生装置：固液常温型，可选用锥形瓶、长颈漏斗或分液漏斗、带导管的双孔橡皮塞等仪器.

收集方法：排水法或向上排空气法.

实验步骤：检查装置的气密性；先在锥形瓶中加入二氧化锰，再通过长颈漏斗或分液漏斗加入过氧化氢溶液；用排水法或向上排空气法收集氧气.

注意事项：长颈漏斗的末端要伸入液面以下，形成液封，防止生成的气体从长颈漏斗逸出；若使用分液漏斗，可通过控制分液漏斗的活塞来控制反应速率；其他与上述收集方法对应的注意事项相同.

附录1：化合价

定义：化合价是元素在形成化合物时表现出来的一种性质，它反映了原子之间相互化合的数目关系。

表示方法：通常在元素符号或原子团的正上方用“+n”或“-n”表示，其中n表示化合价的数值，“+”表示正价，“-”表示负价。

例如，氢元素的化合价通常表示为\(H^{+1}\)，氧元素的化合价表示为\(O^{-2}\)。

一、化合价的一般规律：

1、金属元素与非金属元素化合时：金属元素通常显正价，非金属元素通常显负价。如在氯化钠\((NaCl)\)中，钠元素显\(+1\)价，氯元素显\(-1\)价。

2、氢元素通常显\(+1\)价：除了在金属氢化物中氢元素显\(-1\)价，如氢化钠\((NaH)\)中的氢元素。

3、氧元素通常显\(-2\)价：但在过氧化物中，氧元素显\(-1\)价，如过氧化氢\((H_{2}O_{2})\)；在氟氧化物中，氧元素可能显正价，如二氟化氧\((OF_{2})\)中氧元素显\(+2\)价。

4、（重要！）单质中元素的化合价为零：因为单质中元素没有与其他元素化合，不存在电子的得失或偏移，所以化合价为\(0\)，如氧气\((O_{2})\)、氢气\((H_{2})\)等单质中氧元素和氢元素的化合价都为\(0\)。

5、（重要！）在化合物中各元素正负化合价的代数和为零：这是确定化合物中某元素化合价的重要依据。

例如，在二氧化碳\((CO_{2})\)中，碳元素的化合价设为\(x\)，根据氧元素显\(-2\)价，以及化合物中各元素正负化合价代数和为零的原则，可得\(x + (-2)×2 = 0\)，解得\(x = +4\)，即碳元素显\(+4\)价。

二、常见元素及原子团的化合价

1、常见元素的化合价（口诀）：

钾钠银氢正一价，钙镁钡锌正二价；

铝是正三氧负二，氯负一价最常见；

硫有负二正四六，正二正三铁可变；

铜汞二价最常见，单质零价永不变。

2、常见原子团的化合价：

硝酸根\((NO_{3}^{-})\)显\(-1\)价，氢氧根\((OH^{-})\)显\(-1\)价，

碳酸根\((CO_{3}^{2-})\)显\(-2\)价，硫酸根\((SO_{4}^{2-})\)显\(-2\)价，

铵根\((NH_{4}^{+})\)显\(+1\)价等。

三、化合价的应用

1、书写化学式：根据化合物中各元素正负化合价的代数和为零的原则，可以正确地写出化合物的化学式。

例如，已知铝元素显\(+3\)价，氯元素显\(-1\)价，那么氯化铝的化学式为\(AlCl_{3}\)。

2、判断化学式的正误：通过计算化合物中各元素化合价的代数和是否为零，可以判断所给化学式是否正确。

如\(MgO_{2}\)中，镁元素显\(+2\)价，氧元素显\(-2\)价，\((+2)+(-2)×2=-2\neq0\)，所以该化学式是错误的。

3、根据化学式求某元素的化合价：已知化合物的化学式和其中某些元素的化合价，可根据化合价代数和为零的原则求出未知元素的化合价。

如在\(KMnO_{4}\)中，钾元素显\(+1\)价，氧元素显\(-2\)价，设锰元素的化合价为\(x\)，则\((+1)+x+(-2)×4=0\)，解得\(x=+7\)，即锰元素显\(+7\)价。

化合价是学习化学的重要工具之一，对于理解和掌握化学物质的组成、结构和性质等方面都具有重要意义。

附录2：中学生需要记住的重要的化学式

一、初中阶段

单质：

氢气（\(H_{2}\)）、氧气（\(O_{2}\)）、氮气（\(N_{2}\)）、碳（\(C\)）、硫（\(S\)）、磷（\(P\)）、

铁（\(Fe\)）、铜（\(Cu\)）、汞（\(Hg\)）、铝（\(Al\)）、镁（\(Mg\)）等。

氧化物：

水（\(H_{2}O\)）、二氧化碳（\(CO_{2}\)）、一氧化碳（\(CO\)）、二氧化硫（\(SO_{2}\)）、三氧化硫（\(SO_{3}\)）、

氧化铜（\(CuO\)）、氧化铁（\(Fe_{2}O_{3}\)）、四氧化三铁（\(Fe_{3}O_{4}\)）、氧化镁（\(MgO\)）、氧化铝（\(Al_{2}O_{3}\)）等。

酸：盐酸（\(HCl\)）、硫酸（\(H_{2}SO_{4}\)）、硝酸（\(HNO_{3}\)）等。

碱：

氢氧化钠（\(NaOH\)）、氢氧化钙（\(Ca(OH)_{2}\)）、氢氧化钾（\(KOH\)）、氢氧化铜（\(Cu(OH)_{2}\)）、氢氧化铁（\(Fe(OH)_{3}\)）等。

盐：

氯化钠（\(NaCl\)）、碳酸钠（\(Na_{2}CO_{3}\)）、碳酸氢钠（\(NaHCO_{3}\)）、碳酸钙（\(CaCO_{3}\)）、

硫酸铜（\(CuSO_{4}\)）、氯化铁（\(FeCl_{3}\)）、氯化亚铁（\(FeCl_{2}\)）、硫酸亚铁（\(FeSO_{4}\)）、硝酸钾（\(KNO_{3}\)）等。

有机物：甲烷（\(CH_{4}\)）、乙醇（\(C_{2}H_{5}OH\)）等。

二、高中阶段

在初中基础上，高中阶段需要记住更多复杂和特殊的化学式，并且需要对各类物质的化学式有更深入的理解和掌握。

金属及其化合物：除了初中所学的常见金属化合物外，还需记住如氢氧化铝（\(Al(OH)_{3}\)）的两性性质相关的反应及化学式，偏铝酸钠（\(NaAlO_{2}\)）等铝的化合物，以及锰、铬等过渡金属的常见化合物，如二氧化锰（\(MnO_{2}\)）、高锰酸钾（\(KMnO_{4}\)）、重铬酸钾（\(K_{2}Cr_{2}O_{7}\)）等。

非金属及其化合物：增加了如硅及其化合物，硅（\(Si\)）、二氧化硅（\(SiO_{2}\)）、硅酸钠（\(Na_{2}SiO_{3}\)）等；氯的多种化合物，如次氯酸（\(HClO\)）、次氯酸钠（\(NaClO\)）、氯酸钾（\(KClO_{3}\)）等；氮的多种氧化物，如一氧化氮（\(NO\)）、二氧化氮（\(NO_{2}\)）等，以及它们之间相互转化的反应方程式。

有机化合物：高中阶段有机化学内容丰富，需要记住大量有机化合物的结构简式和化学式，如乙烯（\(C_{2}H_{4}\)）、乙炔（\(C_{2}H_{2}\)）、苯（\(C_{6}H_{6}\)）、甲苯（\(C_{7}H_{8}\)）、卤代烃（如\(CH_{3}CH_{2}Cl\)）、醇类（如\(CH_{3}OH\)、\(C_{2}H_{5}OH\)等多种醇）、酚类（如苯酚\(C_{6}H_{5}OH\)）、醛类（如甲醛\(HCHO\)、乙醛\(CH_{3}CHO\)）、羧酸类（如乙酸\(CH_{3}COOH\)、苯甲酸\(C_{6}H_{5}COOH\)）、酯类（如乙酸乙酯\(CH_{3}COOC_{2}H_{5}\)）等，以及它们之间发生的各种有机反应的方程式。

化学反应中的一些重要中间产物或特殊物质：在一些复杂的化学反应中会涉及到一些特殊的中间产物或具有特定性质的物质，如硫酸工业中的二氧化硫转化为三氧化硫过程中的五氧化二钒（\(V_{2}O_{5}\)）催化剂，合成氨反应中的铁触媒等，这些物质的化学式也需要了解和记忆。

一般来说，初中阶段需要记住的常见化学式大约在50-80个左右，而高中阶段则需要记住数百个化学式及相应的化学反应方程式。通过不断地学习和练习，学生能够逐渐熟练掌握这些化学式，并能够灵活运用它们来解决各种化学问题。

化学基础