空气和氧气
一、空气的组成
1．空气的成分和组成
(1)氮气
通常状况下，氮气是无色、无味的气体，难于水。常温下化学性质稳定。氮气不支持燃烧也不供给呼吸。它是制造硝酸和化肥的 重要原料；根据氮气常温下化学性质稳定，氮气可用作保护气，如焊接金属时常用氮气作保护气，食品包装时充氮气以防腐；医疗上 可用液氮作冷冻剂等。
(2)稀有气体
氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气等气体在空气中含量少且化学性质稳定，化学上把它们总称为稀有气体，又称惰性气体。稀有气体通常可用作保护气；稀有气体通电时会发出各种颜色的光，可用作霓虹灯等。
(3)臭氧（O3）
是大气中一种很重要的气体，它的重要性质是抵御紫外线，保护地球上的生物免受紧外线伤害。
2．空气中氧气含量的测定
(1) 实验原理：利用磷燃烧消耗空气中的氧气，从而使容器内形成负压，打开止水夹后，水进入容器内。进入容器中的水的体积，可 粗略地认为是空气中所含氧气的体积。
(2)实验步骤及现象：
①在集气瓶中放入少量水（用于溶解生成的五氧化二磷，同时可吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降 温），做上记号，并将瓶内剩余体积均分为五等分。
②用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。观察到红磷燃 烧，产生浓厚的白烟。
③红磷熄灭后，冷却至室温，打开止不夹，观察到水进入集气瓶内，最终水面在五分之一记号处。
(3)实验结论：
①空气是混合物；
②O2约占 1/5，可支持燃烧；
③其它气体约占 4/5，不支持燃烧，也不能燃烧，难溶于水
(4)实验反思与改进：
①反应物选择及用量：
选择过量的红磷是为了将氧气完全转化为固体物质，形成压强差，水倒流占据氧气体积，便于观察。
如果选择碳或者硫，则会形成气态物质，无法形成压强差，需在右侧烧杯中使用氢氧化钠溶液，可以吸收产物二氧化碳和二氧化 碳，同样可以形成压强差，实验也可以成功；
如果选择铁丝，则由于不能在空气中燃烧而无法消耗氧气，实验无法成功；
镁条呢？然而，由于镁会与氧气、氮气、二氧化碳均发生反应，则最终水倒流占据了三者体积和，显然远大于五分之一，实验无 法成功。
②气密性：
该实验涉及气体体积测量，需在实验开始前进行气密性检查，在实验过程中也需保持气密性良好，红磷需先引燃后放入集气瓶， 插入燃烧匙时，瓶口的气体已经受热膨胀，造成气体逸出，压强差会增大，最终测量结果会偏大。如何改善实验过程呢？
如下图所示，用着火点较低的白磷代替红磷，用聚光、热传递等方式引燃白磷，确保实验过程的气密性良好。
③温度：
温度升高，则气体受热膨胀，压强增大，则瓶内压强与大气压强差值 变小，水流入量偏小，为避免温度对实验的影响，需冷却到室温后打开止水夹。
3．空气的污染及防治：
(1)明确空气质量三大指标：可吸入颗粒物（包含 PM2.5）、二氧化硫、氮氧化合物。只要是有毒气体，均为大气污染气体，如 CO、H2S 等
二氧化硫会造成酸雨，其主要来源是工业上大量燃烧含硫燃料，如煤炭燃烧。
(2)防治：为了使天更蓝，人类正在积极行动，如加强大气质量监测，改善环境状况；使用清洁能源，改善环境状况；积极植树、造林、种 草等，以保护环境。
(3)目前环境污染问题：
臭氧层破坏
温室效应（CO2等）
酸雨（SO2等）
二、氧气的性质
1．氧气的物理性质
常温下，氧气是无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略大。
2．氧气
(1)氧气的化学性质：
支持燃烧，供给呼吸。检验氧气：用带火星的木条伸入瓶内，复燃则是氧气。
(2)氧气与很多物质反应现象
注意：
①铁燃烧实验：
需将铁丝绕成螺旋状的目的：增大与空气接触面积，使反应容易发生。
燃烧时需用火柴引燃：提高温度，使其达到铁的着火点。火柴几乎熄灭时插入集气瓶内：防止火柴消耗过多氧气，影响铁丝的燃烧。
要在集气瓶底部放少量水或细砂的目的：防止溅落的高温熔化物 Fe3O4炸裂瓶底。
铁在空气中不可燃烧：氧气浓度越高，可燃物燃烧程度越剧烈。
②硫燃烧实验：
要在集气瓶底部放少量水：吸收二氧化硫，防止污染空气。
碳及其化合物
一、碳的单质
1．碳的同素异形体
说明：无定形碳是混合物，不是碳同素异形体，如木炭、焦炭、活性炭（吸附性）、炭黑。
2．碳的化学性质
化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的自然科学。
二、碳的氧化物
1．一氧化碳与二氧化碳
2．一氧化碳与碳还原氧化铜的比较
3．碳及其氧化物的转化关系
三、家用燃料
1．燃烧的定义
具有剧烈的发光发热现象的化学反应，称作可燃物的燃烧。
2．燃烧的条件
（1）存在可燃物
（2）可燃物接触助燃剂：最常见的就是空气中的氧气。二氧化碳气体也可作为某活泼金属(例如钠、镁)的助燃剂，如：
现象：剧烈燃烧，发出白光，生成白色粉末和黑色固体)。
（3）温度达到着火点：着火点指可燃物着火燃烧所需的最低温度。
注意：三个条件同时满足才能发生燃烧现象，缺一不可。
3．灭火的原理
消除可燃物或使可燃物与其他物品隔离，隔绝氧气(或空气)，以及使温度降到着火点以下，都能达到灭火的目的。
4．燃料的充分燃烧
不间断地鼓入足量的空气(氧气)；
增大接触面积，把固体燃料进行粉碎，把液体燃料喷成雾状；
有效改进设备，防止反应热量的散失。
5．常见的家用燃料
天然气：主要成分是甲烷，是一种气体化石燃料。甲烷是一种无色无味的气体，极难溶于水，密度比空气小，所以实验室可以用 排水法或向下排空气法收集。甲烷是一种可燃性气体，点燃前必须先验纯，纯净的甲烷在空气中安静燃烧，火焰呈浅蓝色，生成二氧 化碳和水。燃烧产物无污染，所以天然气是一种清洁（或绿色）能源。
氢能是最理想的绿色能源，理由是来源广泛，燃烧生成水，无污染，燃烧产生的热量多等。
酸碱盐
一、酸
1．酸的组成
酸是仅由氢元素和酸根组成的化合物。
【注意】以下物质不是酸：NaHCO3、H2O
2．酸的分类
①有机酸和无机酸：
常见的无机酸：HCl、HNO3、H2SO4、H2CO3
常见的有机酸：CH3COOH（乙酸）、HCOOH（甲酸）
②无机酸按酸分子中氢原子个数不同，分为：一元酸、二元酸、三元酸。
如：HCl HNO3为一元酸 ；H2SO4 H2CO3为二元酸；H3PO4为三元酸。
有机酸按照 COOH 的个数不同，分为一元酸、二元酸
如：CH3COOH 为一元酸
③按是否含有氧分为：
含氧酸和无氧酸 含氧酸的命名规则为“某酸”：例如 H2CO3命名为碳酸
无氧酸的命名规则为“氢某酸”：例如 H2S 命名为氢硫酸
3．酸的通性：
酸的组成中均含有氢，因此酸具有相似的性质。
①酸溶液与指示剂反应。
②酸 + 活泼金属（活动性顺序表中排在 H 前的金属） → 盐 + H2↑
铁钉和盐酸反应：Fe+2HCl →FeCl2+H2↑ 现象：铁钉溶解，有气泡产生，溶液逐渐变为浅绿色。
【注意】一般采用稀硫酸或者稀盐酸，浓盐酸挥发性太强，产生的氢气中含有大量氯化氢气体，浓硫酸或硝酸与金属反应不产生氢气。
③酸与某些盐反应：
(1)与碳酸盐、碳酸氢盐反应生成二氧化碳：
实验室制取二氧化碳：CaCO3+2HCl → CaCl2+H2O+CO2↑实验现象：有气泡产生
小苏打可以缓解胃酸过多：NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑
(2)与一些盐反应生成沉淀：
用氯化钡溶液检验硫酸：BaCl2+H2SO4→ BaSO4↓+2HCl 实验现象是：有白色沉淀产生
用硝酸银溶液检验盐酸：AgNO3+HCl → HNO3+AgCl↓ 实验现象是：有白色沉淀产生
④ 中和反应：酸 + 碱 → 盐 + 水
(1)定义：酸和碱反应，生成盐和水并放出热量的反应称为中和反应。
如：3HCl + Fe(OH)3 → FeCl3 + 3H2O实验现象是：红褐色沉淀逐渐溶解，溶液变为棕黄色。
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O无法观察到明显现象。
(2)中和过程中温度和 pH 变化
以将稀硫酸注入氢氧化钠溶液为例：
(3)中和反应的应用：
Ca(OH)2：改良酸性土壤。
Mg(OH)2、Al (OH)3：治疗胃酸过多。
⑤ 酸 + 金属氧化物 → 盐 + 水
碱性氧化物定义：像氧化铁、氧化铜，能跟酸反应生成盐和水的氧化物叫做碱性氧化物。大多数金属氧化物是碱性氧化物。
稀盐酸或稀硫酸除铁锈：
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
实验现象：锈逐渐减少，溶液由无色变成黄色
黑色的氧化铜跟稀盐酸或稀硫酸反应：
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
实验现象是：黑色的固体逐渐溶解，溶液由无色变成蓝色。
4．常见的酸
①盐酸
(1)盐酸的物理性质：
盐酸是无色透明的液体，有刺激性气味，具有挥发性。
【注意】纯净的盐酸为无色液体，工业盐酸因含FeCl3而显黄色。
(2)挥发性：
盐酸浓度越大，挥发性越强。浓盐酸瓶口出现白雾，这是由于挥发出来的氯化氢气体与空气中的水蒸气接触，又形成盐酸小液滴 的缘故。
盐酸具有挥发性，所以实验室必须密封保存，敞口放在空气中，溶质质量减小，溶液浓度会变小。
②硫酸
(1)物理性质：
纯净的硫酸是无色、粘稠、油状的液体，不 易挥发，易溶于水并放出大量的热。
浓硫酸稀释时，需把浓 H2SO4沿容器壁慢慢注入水中且边倒边搅拌，切不可将水倒入浓硫酸。
皮肤上沾上浓硫酸，先用棉布吸去酸，后用清水冲洗，再用 3％~5％的小苏打溶液冲洗
(2)吸水性：
浓硫酸吸收空气中的水蒸气，使溶质的质量分数减小，没有生成新物质，是物理变化。由于浓硫酸具有吸水性，所以实验室必须 密封保存。
利用浓硫酸具有吸水性，在实验室可以用作干燥剂，除碱性的氨气不可以，几乎可以干燥所有的气体。
(3)脱水性：
原物质中没有水，将原物质中的氢、氧两种元素按水的组成比(2:1)脱去，是化学变化。
浓硫酸点到 pH 试纸上，试纸变成黑色，因此无法用 pH 试纸检测浓硫酸酸碱度。
二、常见的碱
1．碱的组成：
碱是仅由金属元素（或铵根）和氢氧根组成的化合物。
2．碱的分类
按照溶解性：
可溶性碱：NaOH，KOH，Ba(OH)2，Ca(OH)2，NH3·H2O
难溶性碱：其余的碱，如：Cu(OH)2、Fe(OH)3
按照碱性强弱：
强碱：NaOH，KOH，Ba(OH)2，Ca(OH)2
弱碱：其余的碱，如 NH3·H2O
3．碱的通性
① 碱溶液能使指示剂变色：
碱溶液使紫色石蕊溶液变蓝，使无色酚酞溶液变红。
② 与非金属氧化物反应生成盐和水
酸性氧化物：像二氧化碳、二氧化硫等能跟碱溶液反应生成盐和水的氧化物叫做酸性氧化物。非金属氧化物大多是酸性氧化物。
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (NaOH 应密封保存)
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
③ 与酸发生中和反应
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
④ 与某些盐反应
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓+ 3NaCl（NaOH 常用于制不溶性碱）
4．常见的碱
① 氢氧化钠与氢氧化钙
②Cu(OH)2：蓝色粉末固体，难溶于水。
③Fe(OH)3：红褐色同体，难溶于水。
三、盐
1．盐的组成：
盐是由金属元素（或铵根）和酸根组成的化合物。
2．盐的分类和命名：
① 分类
正盐：只由金属元素（或铵根）和酸根组成的盐。
如：NaCl、K2SO4
酸式盐：金属元素（或铵根）和酸式酸根组成的盐。
如：NaHCO3、KHSO4、NaHS
复盐，如：KAl(SO4)2
，读作“硫酸铝钾”。
② 命名
含有相同的酸根：某酸盐。
如含硫酸根的盐（CuSO4、K2SO4、CaSO4等）统称为“硫酸盐”
含有相同的金属元素：某盐。如含K元素的盐（KCl、K2SO4、K2CO3等）统称为“钾盐”
3．盐的溶解性
溶解性口诀：
钾钠铵硝四盐皆可溶；
硫酸盐中钡不溶；（硫酸钙，硫酸银微溶）
盐酸盐中银不溶；
碳酸盐只溶钾钠铵。
其中硫酸钡、氯化银超级难溶，既不溶于水也不溶于酸
【记忆技巧】
常见八个沉淀：
4． 盐溶液的颜色
无色——多数
蓝色：铜盐溶液——CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2
浅绿色：亚铁盐溶液——FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2
黄色：铁盐溶液——FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3
5． 盐的通性
① 金属+盐溶液→新金属+新盐
条件：前换后（K、Ca、Na除外）、盐必溶；混合盐溶液中，间隔大先进行
金属活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
② 酸+某些盐→酸+盐
条件：生成气体或者沉淀
HCl+AgNO3→HNO3+AgCl↓（检验盐酸盐）
H2SO4+BaCl2→2HCl+Ba2SO4↓检验硫酸盐）
2HCl +CaCO3→CaCl2+H2O+CO2↑（实验室制CO2）
③ 碱+盐→新碱+新盐
条件：可溶性碱和可溶性盐生成难溶性物质或弱碱
Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH
2NaOH+CuSO4→Na2SO4+ Cu(OH)2↓
④ 盐+盐→新盐+新盐
条件：两种可溶性盐生成一种或两种难溶性盐
2AgNO3+BaCl2→Ba(NO3)2+2AgCl↓
Na2CO3+CaCl2→2NaCl+CaCO3↓
四、金属
1．金属的物理性质
2．金属的化学性质
（1）金属与酸的置换反应
在金属活动性顺序里，只有排在氢前面的金属才能置换出酸中的氢。
如：Zn+ H2SO4(稀)→ZnSO4+H2↑，Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
（2）金属与盐溶液的置换反应
在金属活动性顺序里，排在前面的金属（K、Ca、Na 除外）能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来，且盐必须溶于水，否则不反应。
【注意】
①活泼金属与酸反应时，酸一般指的是稀盐酸或稀硫酸，当金属与浓硫酸或硝酸反应时，不产生 H2。
②用金属跟盐溶液发生反应时，一般不用很活泼的 K、Ca、Na 等，因为这些金属常温下和水发生反应，而不能置换出盐溶液里的金属。
③Fe 参加与酸或盐溶液的置换反应时，生成物中铁元素为+2 价，不可写成+3 价铁的化合物。
④设计实验验证金属活动性顺序时，如果从与酸反应的剧烈程度来判断，则要按控制变量的方式保证金属大小与薄厚相同，表面氧化 膜都要用砂纸打掉，且所选择的酸的浓度、体积、温度都一样。如果从前置换后的角度来比较，可选择依次置换的方式来进行。
3．金属的冶炼
一氧化碳炼铁的原理：
实验室中一氧化碳与氧化铁反应的装置：
实验中产生的现象主要有哪三点：红棕色的氧化铁粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊，尾气燃 烧并产生淡蓝色火焰。
4．金属活动性强弱
在金属活动性顺序中，排在氢前面的金属能置换出稀盐酸或稀硫酸中的氢，排在氢后面的金属不能置换出稀盐酸或稀硫酸中的氢。只有排在前面的金属，才能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。
【注意】金属活动性顺序可采用“五元素一句”的方法记忆，即“钾钙钠镁铝，锌铁锡铅（氢），铜汞银铂金”。
五、化肥
