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主要炼钢、宇航、气焊、医疗、登山和潜水。
2.氧气的实验室制法
3.原理
在化学反应中能改变其他物质的反应速率,而本身的性质和质量在化学反应前后都没有变化的物质叫催化剂(或触媒),催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
(催化剂实质在反应中参加反应,只不过反应初与反应末自身性质一样而已)
由一种物质生产两种或两种以上的其他物质的反应,叫分解反应。
氧气制取实验图
步骤:
1.检验装置气密性
2.固定装置
3.加热(先均匀加热,再固定加热)
4.收集(当气泡均匀冒出才可收集)a.排水法b.向上排空气法
5.撤除(先取试管后撤灯)防止水槽中水倒吸回试管底部将试管炸裂
注意:
试管口略向下倾斜,防止试管内凝聚的水倒流回试管底部,把试管炸裂
导气管烧露出橡皮塞为宜(便于气体导出)
用外焰加热
铁夹夹在离试管口1/3或1/4处
酒精灯内酒精不能超过其容积的2/3
如用制,因在试管口塞团棉花(防止生成的将导气管堵塞)
4.氧气的工业制法
工业上需大量氧气,主要通过使空气液化,再分离出氧气而制得的为便于储存,运输和使用,通常是把氧气加压到1.5X107Pa,并贮存在蓝色钢瓶中。
5.燃烧和缓慢氧化
燃烧:
可燃物跟空气中的氧气发生的一种发光、发热的剧烈氧化反应叫燃烧
可使燃烧物燃烧必须满足两条件:
一是可燃物要与氧气接触,二是要使可燃物达到着火点(着火点是可燃物燃烧的最低温度)
燃烧的现象。
可燃物燃烧的现象不同,除了可燃物的性质有关外,还取决于可燃物与氧气的接触面积和氧气的浓度(接触面积越大,浓度越高,燃烧就越剧烈)
如果急速燃烧发生在有限的空间内,就会在短时间内聚集大量的热,使气体的体积膨胀而引起爆炸。
缓慢氧化和自然
燃烧是一种剧烈的氧化反应,但并不是所有的氧化还原反应都像燃烧那样剧烈和发光,发热。
有些氧化反应进行的很慢,甚至不是被察觉,这类氧化还原反应叫缓慢氧化。
由缓慢氧化而引起的自发燃烧叫自燃(物质缓慢氧化的过程中也要产生热量,如果产生的热量不能及时散失,就会越积越多,引起物质温度升高,如果温度达到这种物质的着火点,物质不经点燃也会自发燃烧)
3.常见易燃物和易爆物的安全知识
易燃物是指那些易燃的气体或液体,容易燃烧,自然或可燃烧的固体,以及一些可引起其他物质燃烧的物质。
第三章分子和原子
物质是由分子、原子等物质粒子构成的。
分子一切构成物质的分子都在不停的做无规则运动
构成物质的分子间存在着间隙
由分子构成的物质在发生物理变化时,物质的本身没有改变,因此,分子是保持物质化学性质的最小粒子
分子体积很小,一滴水里有1.6X1021个水分子,分子的质量很小,水分子质量约是3.0X10-26kg.
2.混合物和纯净物
纯净物:
由一种物质组成的(实际中,绝对纯净物不存在)
混合物:
指由两种或多种物质混合而成的,这些物质间没有发生反应,混合物中各物质都保持原来的性质
由同一种分子构成的物质叫纯净物,由不同种物质构成的物质叫混合物
3.原子
科学上,把这种化学反应中不能再分的粒子叫做原子。
在化学反应中,分子发生了变化,生成了新分子,而原子仍是原来的原子,原子时化学反应中的最小粒子。
原子似分子,体积小,质量小,且不断的运动,而且相互间有间隙。
分子与原子
相同点
物性相似,都能构成物质
不同点
在化学反应中分子能分成原子,而原子不能再分
联系
分子是由原子构成;
原子是构成分子的粒子,原子也能直接构成物质
原子能不能再分
1897年,英国科学家汤姆生发现了电子,并认为一切原子中都含有电子,人们开始认识到原子不是构成物质的最小粒子,它本身还具有复杂的结构,还可在分。
原子是由原子中心的带正点的原子核和核外电子(带负电)构成。
由于原子核所带正电量与核外电子所带负电量相等,且电性相反,因此整个原子不显电性。
原子核很小,但它可再分,电子核是由质子和中子两种粒子构成,每个质子带一个单位正电荷,中子不带电,可见原子所带的正电荷(核电荷数)就等于质子数。
质子:
一个质子带一个单位的正电荷
原子核
原子中子:
不带电(不是所有原子核中都含中子)
核外电子:
一个电子,带一个单位的负电荷
核电荷数=核内质子数=核外电子数
原子量(原子虽小,但也有一定的质量)
国际上一致同意,以一种碳原子的质量的1/12(约1.66X10-27kg)作为标准,其他的原子质量更他的比较所得的值,就是这种原子的相对原子质量。
相对原子质量只是一个比值,它的国际单位制(SI)单位为一,符号位1.
4.y元素,元素符号
元素,是具有相同核电荷数的一类原子的总称。
由同种元素组成的纯净物,叫做单质
由不同元素组成的纯净物,叫做化合物
由两种元素组成的化合物中,如果其中一种是氧元素,这种化合物叫氧化物
地壳中含有各种元素的含量相差很大,地壳中从多到少主要含有氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等元素。
生物细胞,不管它源于动物,植物或是微生物,都含金丝元素组成,由多到少:
氧、碳、氢、钙、磷等。
元素符号
国际上,现统一用拉丁文名称的第一个大写字母来表示,如果几种元素名称的第一个字母相同时,可再附加一个小写字母来区别,这种符号,叫元素符号。
化学式,相对分子质量
用元素符号表示物质组成的式子叫做化学式
用化学式中各原子的相对原子质量的和,就是化合物的相对分子质量。
金属
单质
纯净物非金属
有机化合物
化合物
物质
无机化合物
混合物
第四章化学方程式
一.质量守恒定律
参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和,这个规律就叫做质量守恒定律。
化学反应的过程,实质就是参加反应个物质原子,重新组合的过程,生成其他物质的过程,在反应过程中,原子的种类没有改变,数目没有增减,原子质量没变,因而反应前后总质量不变。
二.化学方程式
1.利用物质的化学式来表示化学反应的式子,叫做化学方程式
一个方程式不仅能表明反应物,生成物和条件,同时,通过式子相对分子质量,还可以表示各物质间的质量关系
2.化学方程式的书写
书写化学方程式的原则,一是必须以客观事实为基础,绝不能凭空设想,随意臆造事实上不存在的物质和化学反应;
二是,要遵守质量守恒定律,等号两边各种原子的数目必须相等。
3.配平化学方程式的方法
a.最小共倍数法,一般先配平氧原子
b.观察配平法:
找出式子左右两边最复杂的化学式,把它的系数定位1,由此作为配平的起点
c.奇偶配平法:
找出式子左右两边出现最多的原子,看这种原子的总数在式子左右两边是否一奇一偶,如一奇一偶,若有奇变为偶,由此作为配平的起点。
如果生成物中有气体,在气体的化学式右边要注“↑”,如果生成物有固体,在固体物质化学式右边注明“↓”符号
如果反映物中有气体,则生成的气体不注“↑”
反应条件,如点燃,加热(常用△),催化剂等,写在“=”上方
4.根据化学方程式计算
计算步骤:
a.设未知量b.写出化学方程式c.写出有关物质的相对分子质量d.列出比例式,求解e.简明写出答案
第五章水氢
一.水是人类最宝贵的自然资源,水在地球上分布很广,江河,湖泊,海洋约占地球表面积3/4,人体水量约占体重2/3。
二.水的组成
纯净的水没有颜色,没有气味的液体。
101千帕时,水的凝固点是0℃,沸点是100℃,4℃时水的密度最大,约1g/cm3,水结冰时体积会膨胀,所以冰的密度小于水的密度,能浮在水面上
通过电解水,在阴极产生氢气,阳极产生氧气,电解一定量的水,生成氢气,氧气的体积比为2:
1,质量比为1:
8
3.氧气的实验室制法
反应原理:
反映类型:
由一种单质和一种化合物起反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应
装置图:
反映步骤:
检查气密性装药品,先固后液收集气体
只能用稀H2SO4或HCL
用向下排气法收集,或排水法
工业上常用天然气CH4或水煤气CO+H2等原料制氢
4.氢气的性质
a.物理性质无色、无味、难溶于水的气体,是密度最小的气体。
⒉化学性质:
氢气的化学性质。
①可燃性:
纯净的氢气在空气(或氧气)中安静燃烧,火焰呈淡蓝色;
而不纯的氢气(空气中混入氢气的体积达到体积总量的4.0%~74.2%)遇明火发生爆炸,因此点燃氢气前必须要验纯。
检验氢气纯度的方法:
用排水法收集一试管氢气,用拇指堵住管口,使管口始终向下,移近火焰,移开拇指点火,如果听到尖锐的爆鸣声,就表明氢气不纯,需再检验,直到响声很小,证明已纯。
如果用向下排空气法收集氢气,经检验不纯而需再检验时,应用拇指堵住试管口一会儿,再收集氢气检验。
②还原性:
实验装置特点:
a.试管口略向下倾斜(防止水倒流炸裂试管);
b.导管伸到试管底部(尽快全部排出空气,使H2与CUO充分接触);
c.试管口不加橡皮塞(便于试管中气体导出,防止加热时发生爆炸)。
实验操作步骤:
实验开始时,先通入经过验纯的氢气,然后加热(否则易发生爆炸)。
实验结束时应先撤酒精灯,继续通氢气至试管冷却为止(否则会使生成的铜重新被氧化成氧化铜)。
可简记为:
先通氢,后点灯;
先撤灯,后停氢。
实验现象:
黑色氧化铜逐渐变成红色,试管口出现小水滴。
氢气还原CuO
黑色粉末变红色;
试管口有水珠生成
化学方程式:
H2
+
CuO
====
Cu
H2O
氢的用途:
1、由于氢气的密度小,它可用来填充气球。
还广泛用于航空、焊接铅、油类氰化和照明灯。
2、氢是可燃气体,可直接用作燃料,氢氧焰能达到3000℃高温,可焊接,切割金属、加工石英器件、硬质玻璃、人造宝石等。
3、液态氢具有重量轻、发热量高的优点,其单位重量所包含的热能,几乎是汽油的三倍,燃烧时不释放有害气体,原料丰富、运输方便、干净、无污染。
液态也被用于低温技术。
4、在冶金工业和电子工业中,氢主要用作保护气体和还原气体。
5、大量的氢应用在化学工业中,用氢和氮合成氨制造氮肥,氢和氯直接合成氯化氢制造盐酸。
在一定温度、压力和催化剂作用下,氢与一氧化碳反应产生合成汽油、甲醇等,与煤焦油、石油残油等作用制造人造石油和其他化工原料。
依靠铂和镍的催化作用,氢还可以跟常温下为液态的不饱和油脂化合发生氢化反应,使其变为常温下固态的硬化油脂,用于制造肥皂和人造奶油等。
6、在气体制造工业也常用氢来催化除氧,精制氮和惰性气体。
7、氢还被用来冷却几十万千瓦的大型发电机,以及应用于原子能行业,氢可被用作贮存能量的手段,氢气的远距离输送要比电力输送便宜。
第六章核外电子排布的初步知识化合价
第七章
⑴电子层——核外电子分层运动
我们已经知道,原子是由原子核和核外电子构成的。
电子在原子核的附近空间作高速运动。
科学研究还发现,在含有多个电子的原子里,电子的能量并不相同。
能量低的电子通常在离核近的区域运动。
能量高的电子通常在离核远的区域运动。
为了便于说明问题,我们用电子层来表明运动着的电子离核远近的不同。
把能量最低、离核最近的区域叫做第一电子层,能量稍高、离核稍远的区域叫做第二电子层,由里往外依次类推,叫三、四、五、六、七层。
这样,电子就可以看作是在能量不同的电子层上运动的。
例如,氧原子核外有8个电子,其中有两个电子在第一电子层上运动,有6个电子在第二电子层运动。
⑵原子结构示意图
核外电子的分层运动,又叫核外电子的分层排布。
核外电子的分层排布是实验测定出来的。
核外电子的分层排布可用原子结构示意图表示。
知道了原子的核电荷数和电子排布以后,我们就可以画出原子结构示意图,如钠原子的结构示意图表示原子核内核电荷数(质子数),弧线表示电子层,弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
即第一电子层有2个电子,第二电子层有8个电子,第三电子层有1个电子。
2.元素的化学性质与原子结构的关系
通过对核电荷数从1到18的元素的原子结构示意图分析,可以看出稀有气体元素、金属元素和非金属元素的原子最外层电子数目都各有特点。
①稀有气体元素的原子的最外层都有8个电子(氦是2个)。
由于稀有气体化学性质稳定,一般不跟其它物质发生化学反应。
因此,通常认为这种最外层有8个电子的(最外层是第一层时有2个电子)结构,是一种稳定的结构。
②金属元素的原子的最外层电子数目一般少于4个。
在化学反应中,金属元素的原子比较容易失去最外层电子而使次外层变为最外层,达到8电子的稳定结构。
一般来讲,电子层数越多、最外层电子数越少的金属原子越容易失去最外层电子。
如钠原子容易失去第三层的1个电子。
③非金属元素的原子的最外层电子数目一般多于或等于4个。
在化学反应中,非金属元素的原子比较容易获得电子,也使最外层达到8个电子的稳定结构。
一般来讲,电子层数越少,最外层电子数越多的非金属原子越容易获得电子。
如,氯原子第三电子层有7个电子,容易得到1个电子达到8个电子稳定结构。
所以,元素的化学性质跟它的原子的最外层电子数目关系非常密切。
因此必须注意:
元
核外电子的排布规律之一
首先,各电子层最多容纳的电子数目是2n2。
其次,最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。
第三,次外层电子数目不超过18个,倒数第三层电子数目不超过32个。
核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里,然后再由里往外依次排布在能量逐步升高的电子层里。
化合价
是物质中的原子得失的电子数或共用电子对偏移的数目。
化合价也是元素在形成化合物时表现出的一种性质。
化合价是物质中的原子得失的电子数或共用电子对偏移的数目。
化合价表示原子之间互相化合时原子得失电子的数目。
元素化合价
+1
H,Li,Na,K,Rb,Cs,Ag,Au,Hg,In,Ti,N
+2
Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Cu,Ra,Zn,Cd,Hg,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,C,Sn,Pb,N,S,O
+3
B,Al,Ga,In,Tl,Sc,Y,La-Lu,N,P,As,Sb,Bi,Cr,Fe,Co,Ni,Au;
Ce
+4
C,Si,Ge,Sn,Pb,Ti,Zr,Hf,Ce,Th,Mn,Tb,N,S
+5
N,P,As,Sb,Bi,V,Nb,Ta
+6
S,Se,Te,Cr,Mo,W,U,Mn,Fe
+7
Cl,Br,I,Mn,Tc,Re
+8
Xe,Ru,Os
-1
F,Cl,Br,I,O
-2
O,S,Se,Te
-3
N,P,As,Sb
特殊原子团化合价
硝酸根NO3-:
-1价亚硫酸根SO32-:
-2价
亚硫酸氢根HSO3-:
-1价硫酸根SO42-:
碳酸根CO32-:
-2价氯酸根ClO3-:
-1价
氢氧根OH-:
-1价铵根NH4+:
+1价磷酸根PO43-:
-3价碳酸氢根HCO3-:
-1价
锰酸根MnO42-:
-2价高锰酸根MnO4-:
超氧根O2-:
-1价过氧根O22-:
碳的单质及其性质
金刚石
金刚石是自然界最硬的物质,化学性质稳定,贵重宝石。
用作装饰品,切割刀具等。
石墨
石墨,导电性好,一般用作电极、润滑剂等,石墨的柔软性几乎与金刚石的硬性同样著称。
它很容易被粉碎,并有滑腻的感觉。
石墨晶体的横断面呈六角(六边)形,密度是2.26克/厘米3。
C60
C60(碳60简称为C60)分子是一种由60个碳原子结合形成的稳定分子,它形似足球,主要应用于材料科学,超导体等方面。
C70
C70:
碳70,由70个碳原子构成,比C60多10个碳,化学键基本相同。
共面的碳原子为五圆环,六圆环
一个碳和3个碳原子相连,一个以双键相连另外两个是单键,平均两个碳一个双键。
无定形碳
无定形碳指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。
除骨炭含碳在10%左右以外,其余主要成分都是单质碳。
煤炭是天然存在的无定形碳,其中含有一些由碳、氢、氮等组成的化合物。
所谓无定形碳,并不是指这些物质存在的形状,而是指其内部结构。
实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体,而是具有和石墨一样结构的晶体,只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱而不规则,晶体形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量杂质。
石墨烯
石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬;
作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯是一种二维晶体,最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
这使得石墨烯中的电子,或更准确地,应称为“载荷子”(electricchargecarrier),的性质和相对论性的中微子非常相似。
人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。
当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
活性炭
活性炭,比表面积(相同体积下的表面积大小)非常大,有很多微孔。
这样,活性炭具有极强的吸附能力,能够吸附溶剂中的微小颗粒、大分子。
可以处理水。
炭黑,用作化工色料,可以改善制品的耐磨性;
碳的化学性质:
1.稳定性:
在常温下碳的化学性质稳定,点燃或高温的条件下能发生化学反应
2.可燃性:
氧气充足的条件下:
C+O2
CO2
氧气不充分的条件下:
2C+O2
2CO
3.还原性:
木炭还原氧化铜:
C+2CuO
2Cu+CO2↑
焦炭还原氧化铁:
3C+2Fe2O3
4Fe+3CO2↑
焦炭还原四氧化三铁:
2C+Fe3O4
3Fe+2CO2↑
木炭与二氧化碳的反应:
C+CO2
CO
二氧化碳的物理性质
二氧化碳是碳的两种氧化物之一,是一种无机物,是空气中常见的化合物。
二氧化碳的化学式为CO2,相对分子质量是44。
二氧化碳的沸点低(-78.5℃),常温常压下是一种无色无味气体,密度1.977g/cm3,比空气大,能溶于水,20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳。
液体二氧化碳在加压冷却时可凝成固体二氧化碳,俗称干冰,干冰密度为1500kg/m3,是一种低温致冷剂。
二氧化碳的化学性质
1.二氧化碳能与水反应生成碳酸:
CO2+H2O===H2CO3
2.绿色植物利用光能将二氧化碳和水合成有机物
CO2+H2O
C6H12O6+O2
二氧化碳是绿色植物进行光合作用的原料,温室中常用二氧化碳作肥料。
光合作用释放的氧气全部来自水,光合作用的产物有糖类、氨基酸(无蛋白质)和脂肪。
3.向澄清的石灰中通入二氧化碳,澄清的石灰水会
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
若继续通入二氧化碳,白色浑浊会渐渐消失又变成了澄清溶液[CaCO3+CO2+H20===Ca(HCO3)2],该溶液受热或减压就又会分解出二氧化碳,同时得到白色的碳酸钙沉淀Ca(HCO3)2===CaCO3↓+CO2↑+H2O。
在自然界中当含有二氧化碳的泉水流过石灰岩(主要成分是CaCO3)时也进行着上述变化。
自然界中的溶洞和钟乳石、石笋就是通过上述变化,日积月累形成的自然景观。
4.二氧化碳会使烧碱变质
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
如果二氧化碳过量:
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
即:
NaOH+CO2===NaHCO3
5.CO2为酸性氧化物,易与碱性氧化物反应生成相应的碳酸盐
CO2+Na2O===Na2CO3
6.二氧化碳一般不能燃烧,也不支持燃烧,更不能供给呼吸
当空气中二氧化碳含量超过正常值(0.03%)时,能使呼吸加深加快;
如含量为1%时,能使正常人呼吸量增加25%;
含量为3%时,使呼吸量增加2倍。
但当含量为25%时,则可使呼吸中枢麻痹,并引起酸中毒。
所以,进入久未开启的菜窖或枯井前,一定要做灯火实验。
7.二氧化碳也可以帮助某些物质燃烧
镁能在二氧化碳中燃烧2Mg+CO2
2MgO+C
二氧化碳的用途
1、灭火
2、化工原料制纯碱、尿素等
3、“干冰”作制冷剂、人造舞台、人工降雨等
4、作温室肥料。
实验室制取二氧化碳
实验原理
大理石(或石灰石)的主要成分是碳酸钙,可以与稀盐酸反应生成二氧化碳气体:
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。
实验用品
试管、锥形瓶、集气瓶、烧杯、分液漏斗、双孔橡皮塞、玻璃导管、橡胶管、玻璃片、镊子、火柴、大理石、稀盐酸、澄清石灰水
实验装置
实验步骤
1、按装置连接实验仪器,检查装置气密性。
2、向锥形瓶中加入少量大理石,塞上橡皮塞。
向长
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