——致使用本书的学生

这是一本化学的启蒙教科书。非常感谢你使用它。

如果你是一位善于观察你周围事物的学生，那么随着化学课程的学习， 你将越来越多地发现在你的日常生活中化学与你是形影不离的。掌握一定的化学知识，你将能更好地解释发生在你周围的现象和更好地把握自己的生活。本书把你引入化学学科领域，让你认识到化学与生活是那样的不可分割。这就是我们编写这本书的宗旨。

我们衷心祝愿你能愉快地接受这些知识，快乐地踏入化学学科之门。

说 明

本教材是根据上海中小学课程教材改革委员会制订的《九年制义务教育化学学科课程标准》（草案）编写的，供九年级使用。

本教材由黄浦区教育局、上海师范大学组织编写，经上海中小学教材编审委员会审查通过。

本教材是在上海部分区、县试用四年的基础上修订而成的。主编 杨德壬 副主编 蔡振镛

参加本册教材编写的有胡学增（执笔）、陆惊帆、解守宗、吴峥、裘冠君等。

化学

绪言

通过绪言的学习，你可以知道

1. 化学可以帮助你解决什么问题。

2. 自然界的物质有什么样的变化和性质。

3. 为什么要学习化学。

4. 化学与生活、社会有什么样的关系。

5. 我国的化学及化学工业的发展。

在日常生活中，我们常看到物质发生着各种各样的变化。如木头、汽油、煤块的燃烧；铁器在潮湿的空气里生锈；在面粉团里加入发酵粉，蒸出又松又软的馒头；用肥皂除去脏衣服上的油污，等等。物质为什么能发生各种各样的变化呢？物质的变化是否具有一定的规律呢？学习化学可以帮助我们解答这些问题。

食油、食盐、醋酸、煤块都是我们很熟悉的物质。它们不仅是普通的调味品或燃料，而且在化学工业中，它们还都是重要的化学原料。食油是生产肥皂或人造奶油的原料；食盐是生产漂白精或聚氯乙烯的原料之一；用醋酸可以生产纤维和香料；用煤做原料可以生产出药物、染料、炸药、洗涤剂等数以千计的产品。那么，食油、食盐、醋酸、煤怎样变成用途广泛的各种产品呢？在生产过程中，这些物质经历了哪些变化呢？学习化学也能帮助我们解答这些问题。

什么是化学？简单地说，化学就是研究物质及其变化的一门自然科学。

物质的变化是多种多样的，水受热变成水蒸气，温度降到 0℃，水又会凝结成冰，这就是水的三态变化。水的三态变化只是状态的变化，水没有变成其他的物质。铁在高温下熔融成铁水，然后把它浇铸成各种形状的生铁制品。在这些变化中，铁也没有变成其他物质。我们把没有生成其他物质的变化叫做物理变化。

在日常生活中，我们还看到另外一类变化，例如，节日里燃放的焰火中， 常出现闪烁的银光，这是镁燃烧时发生的现象。下面我们来做一个实验，看看镁燃烧时究竟发生了怎样的变化。

【实验 1】取一段镁带，用坩埚钳夹住放在酒精灯火焰上点燃（图 1），观察产生的现象。

镁带燃烧发出明亮耀眼的强光，同时镁带逐渐“消失”，而在石棉网上留下一种白色的固体物质，这是镁带燃烧后生成的氧化镁。

紫黑色的高锰酸钾在日常生活中常用作消毒剂。如果对它加热，又会发生怎样的变化呢？

【实验 2】（1）在干燥、洁净的试管里加入 3g 高锰酸钾。

1. 把带火星的木条伸入试管口，观察发生的现象。

2. 加热放有高锰酸钾的试管（图

   2），过一会儿再把带火星的木条伸入试管口，观察发生的现象。

带火星的木条伸入加热后的试管口，木条燃烧得更旺，说明高锰酸钾加热后有氧气生成。试管中残留的黑褐色物质是锰酸钾和二氧化锰。

镁带燃烧和高锰酸钾受热后都有其他物质生成。我们把**有其他物质生成的这类变化叫做化学变化，又叫做化学反应。**木头、汽油、煤的燃烧，以 及铁生锈都属于化学变化。

镁能在空气中燃烧生成氧化镁，镁的这种性质只有通过化学变化才能表现出来。高锰酸钾受热会生成氧气、锰酸钾和二氧化锰，高锰酸钾的这种性质也只有通过化学变化才能表现出来。我们把物质通过化学变化才能表现出来的性质叫做化学性质。

纯净的水是没有颜色、没有气味的液体，它在 0℃时结冰，在 100℃时沸腾，这些都不需要经过化学变化就能知道。我们把物质不需要发生化学变化就表现出来的性质叫做物理性质。物质的颜色、气味、状态、熔点、沸点、密度等都属于物理性质。

物质的各种各样用途，都是由它们的性质决定的。例如，铜、铝有良好的导电性，我们用来作导线。煤、汽油能燃烧并放出热量，可以用作燃料。现代化学已经能够利用化学变化规律，制造出自然界里原来并不存在的

物质。例如，我们用的镜子就是通过化学加工制得的，它比古代的铜镜映像要清晰得多。下面我们通过实验了解镜子的制作原理。

【实验 3】（1）在洁净的试管里加入 1mL 2％的硝酸银溶液。

1. 再逐滴滴入 20%的稀氨水，并不停地振荡试管，直到最初产生的沉淀刚好溶解为止。

2. 再滴加少许葡萄糖溶液，振荡后把试管放在热水里温热，过一会儿移出试管，观察现象（图

1. 。

从实验看到，试管壁上有一层光亮的银镜生成。工业生产上就是利用上

述反应原理来制作镜子（图 4）的。

现代生活离不开化学，科学技术的迅猛发展同样需要化学。研制新型材料，开发新能源，制备高效肥料、农药，防治环境污染，以至探索宇宙奥秘， 研究生命现象，以及人类的延年益寿都需要化学来提供对策和作出贡献。

人类文明的发展离不开科学技术的进步。我国是世界上有悠久文明历史的国家之一。早在商代就会制青铜器，春秋战国时期已能冶炼生铁。图 5 是我国古代人民熬制井盐和冶炼生铁时的情形。我国古代的造纸、制火药、烧瓷器等化学工艺是世界闻名的。

在近代，我国著名科学家和工程师侯德榜先生发明了联合制碱法，为纯碱和氮肥工业的发展作出了杰出的贡献，成为我国制碱工业的先驱和奠基人。

现在，我国的化学工业已是门类齐全、布局合理、并有了相当大的规模。无论是钢铁、冶金、材料、日用化工都得到了很大的发展。我国的水泥、电石、合成氨、染料、硫酸、化肥、农药、钢铁、化学纤维的产量都居世界的前列，这些反映了我国化学工业已有了相当雄厚的基础。化学研究和化学工业的发展也有力地促进了生命现象的研究和空间技术的发展。我国在世界上首先人工合成了蛋白质和核糖核酸等构成生命的物质。原子弹、氢弹、导弹的试制成功，人造地球卫星的发射和准确回收，都标志着我国的化学科学技术也已达到了比较先进的水平。

职业与化学

每个学生一旦毕业后，都有一个面临职业选择的问题。有的职业偏向于人文科学，如秘书、法律等；有的职业偏向于自然科学，如医药卫生、建筑工程等。但无论是哪一种职业，它们都有着与之相关联的基础知识。如果你有与该职业相关的扎实的基础知识，你一定能很快地胜任这一职业。

在众多的职业中，有许多是与化学紧密相关的。它们都是些什么样的职业呢？这本书会帮助你得到答案。

讨论与思考

1. 蜡烛燃烧是物理变化还是化学变化？为什么？

2. 根据你的生活经验分别描述下列各物质的物理性质。

（1）酒精（2）氧气（3）铁

1. 阅读下面的短文，分别指出描述铝的物理性质和化学性质的文句。

铝是一种银白色、有光泽的金属。它质地较软，密度很小，只有 2.7g/cm3； 它有良好的导电性和传热性。所以铝常用来做导线，制造各种炊具。铝在空气中会迅速跟氧气反应，生成一种致密的物质——氧化铝。所以铝制的炊具， 如铝锅等的表面都有一层氧化铝薄膜。

1 纯净物和混合物空气

通过本章的学习，你将能够

1. 阐述原子和分子的概念，以及它们之间的关系。

2. 用分子的知识解释生活中的一些简单化学现象。

3. 通过分子和原子概念认识纯净物和混合物的区别。

4. 了解过滤、蒸发、蒸馏等概念，认识物质分离、提纯的一般方法。

5. 知道空气的成分及其分离的基本原理和方法。

6. 认识空气是宝贵的资源。

把泥土放入水中搅拌后静置，泥土中的沙石首先沉淀下来，接着粘土又沉淀下来。泥土中既然含有沙石，那么它就不是一种纯净的物质。什么样的物质是纯净的物质——纯净物？什么样的物质是混合的物质——混合物？构成纯净物的最小微粒是什么？用什么方法可以把混合物中的各个组分分离开来？这些都是本章学习的主要内容。

1·1 组成物质的微粒——分子和原子

蔗糖放到水里，一会儿就不见了，而水却有了甜味；湿衣服晒一段时间就干了；樟脑丸放在箱子里，它会逐渐变小以至消失，但整个箱子里却都能闻到樟脑的气味。这些现象使人们想到，物质是否由肉眼看不见的微小粒子构成的呢？

分子 分子是构成物质的一种微粒。例如，蔗糖是由许许多多的蔗糖分子构成的，水、樟脑、二氧化碳、酒精等物质也都是由它们各自的分子构成的。

分子是怎样的一种微粒呢？我们知道酒精是一种能够燃烧的物质。100mL 的酒精能燃烧，如果把它分成 50mL，再分成 25mL、12.5mL，⋯⋯酒精仍然能够燃烧。如果有可能继续分下去的话，一直分到最终一个一个肉眼看不见的酒精分子，这些分子仍然具有能够燃烧的性质。在生产酒精的工厂里挂着许多“严禁烟火”的标语牌，就是因为酒精厂内的空气中含有可燃性的酒精分子，这些分子一遇明火就会燃烧以至酿成灾害。由此可见，分子是能够保持物质化学性质的一种微粒。同种分子具有相同的性质，不同的分子，性质也不同。

分子是一种很小很小的微粒，在小小的一滴水中，含有的水分子数目却大得惊人，在 1 后面写上 21 个“0”还不够表示它的数量大小。分子这样小， 我们的肉眼当然看不见。但现在已经能用电子显微镜把有些分子放大几十万倍，拍摄出分子的照片。图 1－1 是由核蛋白分子组成的病毒，经电子显微镜放大 20 万倍拍摄的照片，它有力地证实了分子是真实存在的。

分子的质量很小。1g 水里约有 330 万亿亿个水分子， 1 个水分子的质量

仅有 0. 000 000 000 000 000000 000 000 03kg。再精密、灵敏的天平也无法称出单个分子的质量。

分子在不停地运动。水变成水蒸气正是水分子不断运动的结果。

在日常生活里，我们看到过物体的热胀冷缩现象，也知道物质一般都有三态变化。这种变化的现象应该怎样解释呢？下面我们来做一个实验。

【实验 1-1】取一根长约 1m 的玻璃管，一端设法封住，往管中先后加入等体积的水和酒精，标明液面的高度（约占管长的 3/4）。然后用塞子塞住另一端管口，把玻璃管两端反复翻转，使水和酒精充分混合。静置后，观察液面高度的变化（图 1－2）。

实验表明，等体积的水和酒精混合后，液体的总体积小于两者体积之和。这一现象告诉我们，分子之间是有一定间隔的。水和酒精的分子混合后，相互渗入对方分子的间隙里，混合溶液的总体积就会减小。

物质受热时分子间的间隔增大，遇冷时缩小。气态物质分子间的间隔最大，液态物质次之，固态物质中分子间的间隔最小。物质的三态变化，其实质是分子间间隔的变化。

原子 分子很小，那么分子能不能再分成更小的微粒呢？我们先来做一个实验。

【实验 1－2】在试管里（图 1－3）放入少许氧化汞，观察它的颜色和状态。然后加热氧化汞， 过一会儿，用带火星的香棒通过导管迅速伸入试管内，观察有什么现象发生？

加热氧化汞，试管壁上生成了一种银白色的液滴，这就是水银（汞）。同时在导管口带火星的香棒发生燃烧，说明有氧气放出。这个反应可以表示如下：

氧化汞受热后是怎样变成汞和氧气的呢？我们可以这样解释：构成氧化汞的分子在受热后分裂成更小的汞和氧的微粒，这些微粒再经过重新组合而形成了汞和氧气（图 1－4）。

分子在化学反应中能分裂成更小的微粒，这种更小的微粒我们称它为原子。也就是说分子是由原子构成的。氧化汞分子就是由氧原子和汞原子构成的。我们可以用图 1－4 形象地表示氧化汞受热后发生的反应。

每个氧化汞分子由一个氧原子和一个汞原子构成。受热时，一个氧化汞分子分裂成一个氧原子和一个汞原子，然后两个氧原子结合成一个氧分子， 许许多多的氧分子和汞原子又分别构成了氧气和金属汞。

从上述氧化汞受热分解的实验可知，在化学反应中，分子可以分成原子， 而原子却不能再分，因此，原子是化学变化中的最小微粒。

原子可以构成分子，也可以直接构成物质。例如，金属汞是由汞原子直接构成的，铁、铜、铝等金属也都是由原子构成的。原子比分子更小，而且也在不停地运动着。现代科学仪器已能拍摄出某些原子的照片（图 1－5）， 证明原子确实是存在的。

原子和分子都是构成物质的最小微粒。

讨论与考思

1. 用分子的知识解释压瘪了的乒乓球用开水浸泡后又可以复原。

2. 有人说，世界上一切物质都由分子构成。这种说法是否妥当？举例说明。

3. 用分子的知识解释物质发生物理变化和化学变化的区别。

1·2 纯净物和混合物

纯净物和混合物 泥土是一种混合物，这是因为泥土中含有沙子、矿物质等许多物质。食盐水也是一种混合物，因为食盐水中含有食盐和水。我们日常生活中使用的发酵粉，看来很洁净，但它也是一种混合物，因为发酵粉是用小苏打（碳酸氢钠）和酒石（酒石酸氢钾）按一定比例混合而成的。纯净物跟混合物不同，纯净物是由同一种物质组成的。由分子构成的物质，纯净物中只含有一种分子。由原子直接构成的物质，纯净物中只含有一种或几种原子。例如，蔗糖、水银、铜块、石墨、无水酒精都是纯净物。

在混合物中，各种物质都保持各自原来的性质。例如，糖水是一种混合物，在糖水中，无论是糖还是水都保持原来的性质。在发酵粉中，小苏打（碳酸氢钠）和酒石（酒石酸氢钾）也都保持各自原来的性质。

世界上完全纯净的物质是没有的，在金饰品里常有“赤金”、“足金” 之称，这只是指这种金饰品含金量很高罢了。“金无赤足”，就是说没有完全纯净的金。通常所说的“24K 金”，其含金量是 99.99％。

物质的纯度 物质的纯度是表示混合物中某一成分含量的高低。纯度越高，表示该物质越接近纯净。例如，纯度为 95％的酒精，表示该酒精中酒精的含量为 95％。每 100 份这种酒精中，含纯酒精为 95 份。98.5％的酒精，

则表示每 100 份这种酒精中，含酒精达 98.5 份。

世界上没有绝对纯净的物质。即使天然存在的纯净物，如雨水中，也含有少量的灰尘和气体。天然出产的金子、金刚石、水晶、硫黄等，虽然是以非常纯净的形态被发现，但也都含有微量的杂质。它们的纯度有时可以达到99％以上。

那些仅含有极少量杂质的物质，由于纯度极高，所含杂质对其性质不会

产生很大的影响。这些物质，通常也把它们看作是纯净物。

市售的通用化学试剂，都是纯度很高的物质。根据试剂的纯度，可以把它们分作四个等级。表 1－1 列出这四个等级的名称及适用范围。

混合物的分离和提纯 天然存在的纯净物虽然不普遍，但是经过人工提纯，人类已经能够得到数以千万计的相对纯净的纯净物。例如，我们熟悉的糖、精制食盐、电解铜、干冰（二氧化碳）、无水酒精（乙醇）等。

分离和提纯物质的方法很多。常用的有过滤、蒸发、蒸馏、结晶、分液、洗气等。这里先介绍过滤、蒸发、蒸馏三种。

1. 过滤 过滤是分离固体和液体的操作。这种分离技术应用已久。我国传统中医熬制中药时，就是用过滤的方法把药液和药渣分离开来。在化学实验室里，常用图 1－7 的装置过滤分离固体和液体。如果在该装置的漏斗中加入含有不溶性杂质的食盐水，食盐水会透过滤纸滴入烧杯中，而不溶性的杂质留在滤纸上。

表 1-1 试剂的纯度等级

1. 蒸发 蒸发是将溶液中的溶剂气化，从而使溶解在溶剂中的物质与溶剂分离开来的操作。例如，把食盐水放在蒸发皿中加热（图 1－8），食盐水中的水气化逸出，留下的就是食盐晶体。

1. 蒸馏 蒸馏是利用液体混合物各组分的沸点不同，使液体气化而进行分离的操作。我国传统的烧酒工艺就要用到蒸馏技术，以提高酒精的含量。在酿制酒中，酒精的含量很低，仅百分之十几。利用酒精的沸点较低（约为78℃），而水的沸点较高 （100℃），通过加热酿制酒，控制温度在 78℃和

100℃之间，使较容易气化挥发的酒精挥发出来，冷却后可以得到酒精含量较高的烧酒。

实验室里常用蒸馏操作分离沸点不同的液体混合物（图 1－9）。

从混合物中分离提纯出纯净物的过程中，常常要综合地运用多种分离技术。有时，还需要反复地操作。例如，在海滩晒制的食盐中，会含有泥沙等杂质。为了除去这些杂质，得到比较纯净的食盐，需要把粗盐溶解于水后过滤，滤去不溶性的固体杂质。将滤液蒸发，使比较纯净的食盐结晶析出。

又如，含量为 12％的酒精溶液，经过一次蒸馏，能使含量提高到 40％左右。把 40％的酒精溶液再次蒸馏，又可使酒精的含量提高到 50％以上。如此反复地进行蒸馏操作，可以使酒精的纯度提高到 95％。如果还需要提高酒精的纯度，可以在溶液中加入生石灰，让生石灰吸收一部分水分，再蒸馏， 最后可以得到纯度在 99％以上的酒精。

研究某一种化学物质，常需要它们有较高的纯度，以免因杂质的存在而影响物质的性质，所以，物质的分离提纯是一种十分重要的方法。几乎所有的化工厂，都有专门的提纯工艺。从某种意义上说，现代社会正是依赖于提纯技术的发达才获得很多高性能的材料。在电脑中大量使用的硅晶体，就是一种高纯度的硅。它的纯度达到 99.999999999％。

讨论与思考

1. 什么叫混合物？混合物是否一定是不洁净的物质？举例说明。

2. 判别下列物质是混合物还是纯净物。

（1）75％的消毒酒精（2）冰（3）镁条点燃后生成的氧化镁（4）高锰酸钾（5）加热高锰酸钾后的剩余固体

1. 试讨论分离食盐和铁粉混合物有哪些可能的方法。

2. 为什么说分离提纯是化学家常用的方法？你能说出哪几种分离提纯物质的方法？简述这些方法适用的范围。

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混合物为什么没有固定的物理性质

纯净物都有固定的物理性质，例如 4℃时纯水的密度是 1g/cm3，而酒精（乙醇）的密度是0.785g/cm3。把纯水和纯酒精混合得到酒精和水的混合物有没有固定的物理性质呢？事实证明酒精和水的混合物的物理性质是不固定的，它随组成的变化而变化。例如，按 1∶10 质量酒精和水混合的混合物密度是 0.982g/cm3，它的沸点是 91.5℃。按 1∶5 质量混合的混合物密度则是 0.969g/cm3，沸点是 87.1℃。又如铅和锡的熔点分别是 327.4℃和 231.9℃，而铅和锡组成的合金——焊锡的熔点却低得多，含锡 63％的焊锡，在 181℃时就熔化了。我们正是利用铅锡合金的低熔点来制取焊锡的。从这里可以看出，混合物不仅没有固定的组成，也没有固定的物理性质。混合物没有固定不变的物理性质， 根本原因是它没有固定的组成。

利用混合物不具有固定的物理性质，可以鉴定某物质是混合物还是纯净物。例如，实验室里用化学合成的方法制得某种有机物的晶体，我们常用测定它的熔点来确定它的纯度。把测得的熔点跟该纯净有机物的熔点相比较，就知道该有机物是否纯净。例如，纯萘的熔点是 80.28℃，工业上制得的粗萘因含有杂质，熔点比 80.28℃低。由粗萘提纯制得的精萘，熔点就接近于 80.28℃。

1·3 空气是一种混合物

尽管我们天天生活在空气中，但是人们对空气成分的认识却只有 100～ 200 年的历史。在 18 世纪以前，人们还不知道空气有复杂的成分。现在我们已经知道空气是一种混合物。那么，空气里究竟有哪些成分呢？

空气中的物质 人类对空气的研究跟认识燃烧现象密切相联。历史上不少科学家为研究空气的成分做了许多工作，并提出过多种解释。法国化学家

拉瓦锡通过燃烧金属的实验，证实了空气主要是由氮气和氧气组成的，其中氧气约占空气体积的 1/5。实验 1－3 也可以证明空气中约含 1/5 氧气。

【实验 1－3】在一只湿润的集气瓶口上配一只带有燃烧匙和玻璃导管的橡皮塞，导管的另一端伸入盛有水的烧杯里。点燃盛在燃烧匙中的红磷，并立即塞紧橡皮塞（图 1－11）。待火焰熄灭后， 打开弹簧夹，仔细观察现象。

当我们打开弹簧夹，看到烧杯里的水通过导管倒流入集气瓶里，其体积约占集气瓶容积的 1/5，这一体积正是红磷燃烧时消耗空气中氧气的体积。 100 多年以前，人们还以为空气里除了含有少量二氧化碳、水蒸气外，

其余的都是氧气和氮气。1882 年，英国物理学家雷利在研究空气中各种气体的密度时，偶然发现从空气中分离出来的氮气，跟从氮的化合物里制得的氮气，两者的密度相差 0.0065g/cm3，经过反复测定，结果依然不变。雷利没有忽略这一微小的差异，他认为从空气中分离得到的氮气里可能还含有其他气体。12 年以后，他终于从空气中得到了一种气体。与此同时，英国化学家拉姆塞用其他的方法也从空气中得到了这种气体。由于这种气体极不活泼， 所以命名为氩（原希腊文中表示懒惰的意思）。在以后的几年里，拉姆塞等人又从空气里陆续发现了氦、氖、氪、氙气体。由于这些气体化学性质很稳定，人们长期以来习惯称它们为“惰性气体”。近年来发现有些惰性气体在一定条件下也能跟氟、氧等元素形成化合物，把它们称为惰性气体不够恰当， 所以现在人们又称这些气体为稀有气体。

空气的成分按体积计算大致是氧气 21％，氮气 78％，氩等稀有气体 0.94

％，二氧化碳 0.03％，水蒸气和其他杂质 0.03％（图 1—12）。

一般说来，空气的成分是比较稳定的，但由于地区、环境的不同也有不同程度的变化。

职业与化学

化学实验师

在大多数化学实验室里，有这样一类人员，他们专门从事化学实验工作。他们的主要工作是配制各种化学药品、做化学实验、保管实验仪器以及与实验有关的化学实验室工作。这类人员称为化学实验师。化学实验师受聘于许多部门，如医院，中学，大专院校、研究所以及各大工业公司。

作为一名实验助手，他必须正确理解上级（工程师、研究员或教授）的实验意图，并做好实验准备工作。化学实验师的中心工作就是做化学实验，所以一名好的化学实验师应该具有相当的化学知识。有较强的动手能力和处理实验室里各种问题的能力。

空气成分的分离 空气是一种混合物，空气中的各种气体均匀地混合在一起。怎样才能把它们分离开来呢？

人们从物质的三态变化得到启发，随着外界温度和压力的变化，空气是否也会有状态的变化呢？如果我们把空气的温度降低到摄氏零下一百几十度，同时施加一定的压力，空气就能从气态转变成液态。液态空气中含有液态氧、液态氮等物质，仍然是一种混合物。如果升高液态空气的温度，液态氧和液态氮又会重新气化。由于液态氧的沸点（—183℃）要比液态氮的沸点

（—196℃）高，液氮先气化而逸出，余下的主要是液态氧（图 1－13）。工业上就是利用这个原理把空气中的各种成分分离开来的。

空气是宝贵的资源 从空气中分离制得的氧气、氮气、稀有气体都是很有用的物质。例如，氮气就是一种工业原料。氮气的密度比空气略小，在水中很少溶解。在常压下，氮气冷却到—196℃时变成无色的液体。液氮是一种优良的冷冻剂，在医疗上用以保存血液和活组织。新鲜血液通过液氮冷冻处理制成的冻干人血浆，可以保存 5 年左右。人体器官移植时，运送的活体器官也常保存在液氮中。氮气不能供呼吸，在低氧高氮的环境中害虫会窒息， 植物的代谢作用会减慢，所以氮气常被用于保藏珍贵的书画，贮藏粮食、蔬菜。在常温下，氮气的化学性质不活泼，不容易跟别的物质反应。工业上利用氮气作焊接金属的保护气，也用于充填灯泡以减慢钨丝的蒸发，使灯泡经久耐用。在雷击时，空气中的氮气也会发生反应，生成氮的化合物随雨水落到地面的土壤里，成为农作物生长必需的氮肥。据估计，每年因发生雷电而溶入土壤里的氮肥约有 4 亿多吨。

以氮气和氢气为原料可以合成氨，它是一种重要的氮肥。氨经过一系列反应还可以制得染料和炸药等重要的含氮化合物。图 1－14 列举了氮气的几种重要用途。

稀有气体的应用也比较广泛。在焊接和切割金属时常用氩气来隔绝空气。氩气也被用来充填灯泡，以增加灯泡亮度和使用寿命。稀有气体在通电时会发出有色的光，使它们在电光源中有特殊的应用。氖气通电时发出的红光，能穿透浓雾，所以氖灯可以用于港口、机场的指示灯。氩气和氦气在通电时分别产生浅蓝色或浅红色的光，用氦、氖、氩和水银蒸气混合，可以制成五光十色的霓虹灯。充填氙气的高压长弧氙灯，能产生强烈的光，被称为“人造小太阳”。氦气比空气轻，又不会燃烧，已取代氢气来充填气艇、气球，还可以制备氦-氧混合气体，供潜水员呼吸用（图 1－15）。氦气、氖气还能用来制造激光器。

人类需要洁净的空气 煤和石油等燃烧时，产生大量的悬浮颗粒（烟尘）和有毒气体。汽车行驶时排出的废气中，也含有一氧化碳等污染物。在一般情况下，空气通过稀释作用，对这些污染物有一定的净化能力，但是一旦污染物的量超过空气的自净能力时，污染的危害就会表现出来。

空气污染物在太阳光紫外线的作用下产生一种化学烟雾，它会刺激人的眼睛，使人咳嗽、窒息甚至死亡。

空气污染所引起的危害远远超出了影响人类健康的范围，它们会损坏或毁灭作物、森林和花卉；使油漆、涂料脱落变色；毁坏织物，使染料褪色；腐蚀金属，损坏橡胶车胎；它们还会腐蚀文物、建筑物和金属材料，等等。防治空气污染已成为保护人类生存，保障社会发展的全球性大事，我国

政府颁布了环境保护法，十分重视空气污染的防治工作。

防治空气污染的措施很多，大致可以分成两大类。一类是物理方法，使污染物从废气中分离出来。例如，燃料燃烧后产生的废气、烟尘在排出烟囱之前，先通过除尘器或用水淋洗，清除掉绝大部分烟尘。另一类是化学方法， 例如用化学方法使含硫燃料（如煤）脱硫。又如在一些工业技术先进的国家， 已试验成功在汽车排气系统中安装催化转换器（图 1－16），使汽车尾气中的一些有毒气体在催化剂的作用下，经过一系列化学反应转换成 N2、CO2 等无害成分而排放出来。

此外，改变燃料的结构和成分，如将煤加工成管道煤气，以减少煤燃烧时产生的烟尘和一氧化碳等有害气体；植树绿化，净化周围的空气，对保持空气的洁净也有重要意义。

讨论与思考

1. 空气的主要成分按体积计算，氮气约占 ％，氧气约占 ％。

2. 把空气变成液态再加以分离的过程，是化学变化还是物理变化？为什么？

3. 工业上分离空气中各种成分的原理是什么？

4. 有人曾对某地区的园林工人和交通民警的健康状况作了调查，调查的结果是：交通民警中患呼吸道疾病的人数占

   11.7％，而园林工人中患呼吸道疾病的人数占 0.25％。这个调查结果说明了什么？

5. 你看到过哪些污染空气的情况？

6. 在你的周围你看到了哪些防治空气污染的具体措施？你还有什么建议？

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大气成分的演变

原始大气的主要成分是水蒸气、一氧化碳、氨（NH3）和甲烷（CH4），不含氧气。大气中绝大部分的氧气是由海洋中简单植物的光合作用产生的。海洋深处植物光合作用产生的氧气大部分被海水溶解。又经过了漫长的时光，大气中才有了可以检出的氧气。当大气中含氧量超过 1％时，上层大气中的氧气受太阳紫外线的作用又产生了臭氧。臭氧层能阻挡紫外线的照射，使海洋上层的生物体得以生长繁衍，植物的光合作用日益增强，这样大气中的氧气含量才逐步增加。

大气中氮气的含量高，应该归功于氮气的稳定性，致使它在大气中的含量远比其他气体高。原始大气中氮气的含量并不高，而且由于暴风雨时的雷电作用，使氮跟氧结合成氮氧化物被土壤吸收。20 亿年前出现的固氮细菌，使氮气跟其他物质反应生成能被植物用来合成蛋白质的物质。动植物产生的废物和死亡的生物体，又使这些氮的化合物返回土壤。在那里，脱氮细菌帮助它们分解，使产生的游离氮气重返大气。漫长岁月的反复变化，使空气中氮气的含量越来越高，最后趋于稳定。

动物的呼吸、燃料燃烧和火山喷发都会增加大气中二氧化碳的含量，而光合作用、岩石风化和海水溶解都会减小大气中二氧化碳的含量。大气经过漫长年代的反复变化，终于使两者保持平衡，目前大气中二氧化碳的含量保持在 0.03％左右。

居室中的空气污染

人的生命几乎有一半的时光是在居室中度过的。居室内的空气是否洁净对人体的健康非常重要。居室空间有限，加上为了保温等原因，居室的门窗不可能经常开启。人呼吸会产生二氧化碳和水气，尤其是人体经皮肤逸出的各种挥发性分泌物会留在居室而污染空气。如果我们从室外进入有许多人长时间活动的室内时，就会感觉到空气污浊。

人在室内吸烟，烟气中含有一氧化碳、烟碱（尼古丁）及具有致癌作用的物质——苯并芘，等等。这些污染物对人体健康危害很大，因此吸烟是居室空气污染的一个重要因素。

另外，厨房烹调食物时生成的油烟也是居室空气的重要污染源。

居室空气的污染还来自装饰房屋时使用的油漆、墙布、涂料等，它们中含有甲醛、苯和酯类等物质，这些物质会慢慢逸入空气中，刺激人的呼吸器官和皮肤，造成疾患。

现代家庭中塑料制品越来越多，大多数塑料在生产过程中加入了一些稳定剂和增塑剂，以提高塑料制品的性能。但是，稳定剂和增塑剂很多是有挥发性的有机物，如增塑剂中的苯二甲酸酯就是这样的物质。同时聚氯乙烯等塑料残留的单体——氯乙烯等也会慢慢从塑料中逸出，污染居室的空气。家用电器，特别是产生高压的家用电器，如电视机等会使空气中的臭氧量增加，这也是造成居

室空气污染的原因之一。

消除居室空气污染最重要的方法是保持室内空气的流通，同时不要在室内吸烟。另外，新装修的房屋最好隔一段时间再使用。

2 单质 氧气

通过本章的学习，你将能够

1. 简单地描述原子结构。

2. 认识元素的概念和意义。

3. 写出常见元素的元素符号。

4. 辨别单质和化合物的特性，并理解同素异形体的含义。5.知道重要的单质、氧气的性质。

1. 理解氧化反应的基本概念。

2. 理解氧化反应的普遍性及其对人类的意义。

3. 在实验室里制取氧气。

4. 理解催化剂的概念。

纯净物可以分成两个大类。其中一类通过化学反应可以分解成为更简单的纯净物。例如，氧化汞加热后可以产生汞和氧气。另一类则不能，无论通过什么反应，都不会分解成更简单的纯净物。我们把这一类纯净物叫做单质。那么怎样从原子和分子的角度去理解单质呢？怎样用化学符号来表示单质呢？氧气是一种重要的单质，它有哪些主要的性质呢？这些是本章学习的主要内容。

2·1 元 素

食用菠菜、猪肝或者服用硫酸亚铁药丸，都可以使缺铁性贫血患者的症状减轻。菠菜、猪肝、硫酸亚铁虽然是一些完全不同的物质，它们却都含有铁元素。

儿童服用的钙片、建筑业使用的石灰、制模型的石膏，它们是完全不同的物质，但是它们却都含有钙元素。

那么，什么叫元素呢？要理解元素概念，必须从原子结构谈起。

原子的结构 在化学变化中，原子是最小的微粒。就原子自身而言，它的内部还有更精细的结构。

**原子是由居于中心的带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子所构 成。**原子核极小，电子更小。如果把原子比作一个圆球，那么原子核的半径 约为原子半径的万分之一。如果把原子比作一座十层的高楼，原子核就像乒乓球那么小。可见，原子内部是一个空旷的区域，电子则在这个空间内作高速运动。

**原子核是由质子和中子两种更小的微粒构成的。**每个质子带 1 个单位正电荷，中子不带电。因此，原子核所带的正电荷数（即核电荷数）就是核内质子的数目。在原子中，核内有多少质子，核外就有相同数目的电子。图2－1 是氦原子的结构示意图。质子和电子电性相反，电量相等，所以整个原子不显电性。

同一种原子的核内质子数相同，不同种原子的核内质子数不同。原子内部各种微粒的构成关系可以表示如下：