一、空氣 氧氣

⒈ 法國化學家拉瓦錫提出了空氣主要是由氧氣和氮氣組成的。

⒉ 空氣中氧氣含量的測定：

⑴ 實驗現象：

① 紅磷燃燒時有大量白煙生成；（不能用木炭、硫磺、鐵絲等代替）

② 鐘罩內水面逐漸上升，冷卻后，水面上升約1/5體積。

⑵ 實驗結論：

① 空氣的成分：按體積分數計算，大約是氮氣為78%、氧氣為21%、稀有氣體（混合物）0.94%，二氧化碳（CO2）0.03%，其它氣體和雜質0.03%。

② 空氣的成分以氮氣和氧氣為主，屬于混合物。

⒊ 討論：

⑴ 若測得水面上升小于1/5體積的原因可能是：

① 紅磷不足，氧氣沒有全部消耗完；

② 裝置漏氣；

③ 沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾。

⑵ 排放到大氣中的有害物質，大致可分為粉塵和氣體兩類，氣體污染物較多是SO2、CO、NO2，這些氣體主要來自礦物燃料的燃燒和工廠的廢氣。

⒊ 氧氣

⑴ 物理性質：氧氣是無色無味，密度比空氣略大，不易溶于水，液氧是淡藍色的。

⑵ 化學性質：特有的性質：支持燃燒，供給呼吸。

氧氣是一種比較活潑的氣體，具有氧化性、助燃性，是一種常用的氧化劑。

⑶與氧氣反應的現象：

① 碳（黑色）C和O2反應：在空氣中保持紅熱，在氧氣中比在空氣中更旺，發出白光產生使澄清石灰水變渾濁的氣體。

② 磷（紅色或白色）P和O2反應：產生大量白煙。（用于發令槍）

③ 硫 （淡黃色）S和O2反應：在空氣中發出微弱的淡藍色火焰，而在氧氣中發出明亮的藍紫色火焰，產生有刺激性氣味的SO2氣體

④ 鎂（銀白色）Mg和O2反應：發出耀眼的白光，放出大量的熱，生成一種白色固體氧化鎂。（用于照明彈等）

⑤ 鐵（銀白色）Fe和O2反應：劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體(Fe3O4)

鐵、鋁燃燒要在集氣瓶底部放少量水或細砂的目的：防止濺落的高溫熔化物炸裂瓶底

鐵、鋁在空氣中不可燃燒。

⑥ 石蠟 在氧氣中燃燒發出白光，瓶壁上有水珠生成，產生使澄清石灰水變渾濁的氣體。

⑷ 氧化反應：物質與氧（氧元素）發生的化學反應。

① 劇烈氧化：燃燒。

② 緩慢氧化：鐵生銹、人的呼吸、事物腐爛、酒的釀造。

共同點：① 都是氧化反應；② 都放熱。

氧氣的用途：① 支持燃燒；② 供給呼吸。

二、自然界的水

⒈ 水資源

⑴ 水在地球上分布很廣，地球表面71%被水覆蓋，江河、湖泊和海洋約占地球表面積的3/4，人體含水約占人體質量的2/3。但淡水資源卻不充裕，供人類利用的淡水小于1%，而且分布很不均勻。

⑵ 海洋是地球上最大的儲水庫。海水中含有80多種元素。海水中含量最多的物質是H2O，最多的金屬元素是Na，最多的元素是O。

⑶ 我國水資源的狀況分布不均，人均量少。

⒉電解水實驗：

⑴ 電解水中正極產生O2，負極產生H2，體積比（分子個數比）為1:2 ，質量比為8:1，在實驗中常加稀H2SO4和NaOH來增強水的導電性。

⑵ 電解水實驗可證明：

① 水是由氫元素和氧元素組成的；

②在化學變化中，分子可以分成原子，而原子卻不能再分。

⑶ 根據水的化學式H2O，能讀到的信息：

① 表示一種物質 水這種物質

② 表示這種物質的組成 水是由氫元素和氧元素組成的；

③ 表示這種物質的一個分子；

④ 表示這種物質的一個分子的構成 一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的。

⒊ 水的化學性質：

⑴ 通電分解：2H2O＝2H2↑＋O2↑

⑵ 可與某些氧化物反應生成堿（可溶性堿），例如：H2O＋CaO＝Ca(OH)2

⑶ 可與某些氧化物反應生成酸，例如：H2O＋CO2＝H2CO3

⒋ 水的污染：

⑴ 水的污染來自于：

① 工廠生產中“三廢”（廢渣、廢液、廢氣）；

② 生活污水的任意排放；

③ 農業生產中施用的農藥、化肥隨雨水流入河中。

⑵ 預防和消除對水源的污染，需采取的措施：

① 加強對水質的監測；

② 工業“三廢”要經過處理達標后再排放，提倡零排放；

③ 農業上要合理（不是禁止）使用化肥和農藥等，提倡使用農家肥；

④ 生活污水要集中處理，達標排放、提倡零排放。

⑶ 愛護水資源：節約用水，防止水體污染。

⒌ 水的凈化：

⑴ 水的凈化效果由低到高的是靜置、吸附、過濾、蒸餾（均為物理方法），其中凈化效果最好的操作是蒸餾；既有過濾作用又有吸附作用的凈水劑是活性炭。

⑵ 硬水與軟水

① 定義：

硬水是含有較多可溶性鈣、鎂化合物的水；

軟水是不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。

② 鑒別方法：可以使用肥皂水來區分硬水和軟水，有浮渣產生或泡沫較少的是硬水，泡沫較多的是軟水。

③ 硬水軟化的方法：蒸餾、煮沸。

④ 長期使用硬水的壞處：浪費肥皂，洗不干凈衣服；鍋爐容易結成水垢，不僅浪費燃料，還易使管道變形甚至引起鍋爐爆炸。

⒍ 其他：

⑴ 水是最常見的一種溶劑，是相對分子質量最小的氧化物。

⑵ 水的檢驗：用無水硫酸銅，若由白色變為藍色，說明有水存在；

CuSO4＋5H2O＝CuSO4.5H2O

⑶ 水的吸收：常用濃硫酸、生石灰、固體氫氧化鈉、鐵粉。

三、氫氣H2

⒈ 物理性質：無色、無味，密度最小的氣體（向下排空氣法）；難溶于水（排水法）

⒉ 化學性質：

⑴ 可燃性：2H2＋O2＝2H2O

點燃前，要驗純。

現象：發出淡藍色火焰，放出熱量，有水珠產生

⑵ 還原性： H2＋CuO＝Cu＋H2O氫氣“早出晚歸”

現象：黑色粉末變紅色，試管口有水珠生成

用途：冶煉金屬，

小結：既有可燃性，又有還原性的物質H2、C、CO

⒊ 氫氣的實驗室制法

原理：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑

Zn＋2HCl＝ZnCl2＋H2↑

不可用濃鹽酸的原因：濃鹽酸有強揮發性；

不可用濃硫酸或硝酸的原因：濃硫酸和硝酸有強氧化性。

⒋ 氫能源三大優點：無污染；放熱量高；來源廣。

⒌ 用途：高能燃料；氫氧焰焊接，切割金屬。

四、碳和碳的氧化物

⒈ 碳的幾種單質

常見的碳的單質有金剛石和石墨，以及C60。

⑴ 金剛石（C）是自然界中最硬的物質，可用于制鉆石、刻劃玻璃、鉆探機的鉆頭等。

⑵ 石墨（C）是最軟的礦物之一，有優良的導電性，潤滑性，可以做高溫潤滑劑、制鉛筆芯、干電池的電極、電車的滑塊等。

金剛石和石墨的物理性質有很大差異的原因是：碳原子的排列不同。

⑶ 無定形碳：由石墨的微小晶體和少量雜質構成。

主要有：焦炭,木炭,活性炭,炭黑等。

活性炭、木炭具有強烈的吸附性，因此可以用來除去異味和吸附色素。

焦炭用于冶鐵，炭黑加到橡膠里能夠增加輪胎的耐磨性。

⒉ 碳的性質

⑴ 碳單質的物理性質各異,而各種碳單質的化學性質卻完全相同。

⑵ 單質碳的化學性質：

① 常溫下碳的化學性質穩定性強。

② 可燃性:木炭在氧氣中燃燒。

完全燃燒(氧氣充足),生成CO2：

其反應方程式為：C＋O2＝點燃＝CO2

不完全燃燒(氧氣不充足),生成CO：

其反應方程式為：2C＋O2＝點燃＝2CO

③ 還原性：

木炭高溫下還原氧化銅：反應方程式為：

C＋2CuO＝高溫＝2Cu＋CO2↑（置換反應）

現象：黑色粉末逐漸變成光亮紅色，產生使石灰水變渾濁的氣體。

木炭高溫下還原氧化鐵,反應方程式為：

2Fe2O3＋3C＝高溫＝4Fe＋3CO2↑

應用：冶金工業

⒊ 二氧化碳的性質

⑴ 物理性質：無色,無味的氣體,密度比空氣大,能溶于水,高壓低溫下易變為固體“干冰” 。

⑵ 化學性質:

① 通常情況下，CO2不支持燃燒，也不能燃燒，不能供給呼吸；

② 與水反應生成碳酸：CO2＋H2O＝H2CO3生成的碳酸能使紫色的石蕊試液變紅；

加熱又變為紫色，因為碳酸H2CO3不穩定，易分解生成水和二氧化碳。

H2CO3＝H2O＋CO2↑

③ 跟堿反應生成鹽和水：能使澄清的石灰水變渾濁：

CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O

本反應用于檢驗二氧化碳。

二氧化碳跟氫氧化鈉反應：CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O

④ 與灼熱的碳反應：C＋CO2＝高溫＝2CO吸熱反應，

既是化合反應又是氧化還原反應，CO2是氧化劑，C是還原劑。

⑶ 用途：滅火（滅火器原理：Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑）

既利用其物理性質，又利用其化學性質；

溫室里作肥料，干冰用于致冷和人工降雨，化工原料。

⑷ 二氧化碳對環境的影響：過多排放引起溫室效應。

⒋ 一氧化碳

⑴ 物理性質：無色，無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水。

⑵ 化學性質: ① 可燃性；② 還原性；③ 毒性。

① 有毒：一氧化碳吸入肺里跟血液的血紅蛋白結合，破壞了血紅蛋白的攜氧能力。

② 可燃性：一氧化碳在空氣中燃燒生成二氧化碳：

2CO＋O2＝點燃＝2CO2

（可燃性氣體點燃前一定要檢驗純度）

（水煤氣：H2與CO的混合氣體 C＋H2O＝高溫＝H2＋CO）

③ 還原性：一氧化碳還原氧化銅：

CO＋CuO＝△＝Cu＋CO2（非置換反應）

現象：黑色的氧化銅逐漸變成光亮紅色，產生使澄清石灰水變渾濁的氣體。

一氧化碳還原氧化鐵：Fe2O3＋3CO＝高溫＝2Fe＋3CO2

現象：紅棕色粉末逐漸變成黑色，石灰水變渾濁。

特別注意尾氣的處理：一氧化碳有劇毒，會使空氣受污染，必須把未反應的CO燃燒轉變成無污染的CO2

應用：冶金工業。

CO和CO2的化學性質有很大差異的原因是：分子的構成不同。

⑶ 除雜：CO[CO2]通入石灰水或氫氧化鈉溶液：

CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O

CO2[CO]通過灼熱的氧化銅：

CO＋CuO＝△＝Cu＋CO2

CaO[CaCO3]只能煅燒（不可加鹽酸）：

CaCO3＝高溫＝CaO＋CO2↑

⑷ 注意：

① 檢驗CaO是否含CaCO3加鹽酸：

CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋H2O＋CO2↑

（CO32-的檢驗：先加鹽酸，然后將產生的氣體通入澄清石灰水。）

② H2、CO、CH4燃燒的火焰

H2和O2的燃燒火焰是：發出淡藍色的火焰。

CO和O2的燃燒火焰是：發出藍色的火焰。

CH4和O2的燃燒火焰是：發出明亮的藍色火焰。

③ 鑒別：H2、CO、CH4可燃性的氣體：看燃燒產物（不可根據火焰顏色）

五、金屬材料

⒈ 金屬材料的物理特性：

純金屬（90多種）；合金（幾千種）

⑴ 常溫下一般為固態（汞為液態），有金屬光澤。

⑵ 大多數呈銀白色（銅為紫紅色，金為黃色）

⑶ 有良好的導熱性、導電性、延展性

⑷ 熔點高、密度大、硬度大等。

⒉ 金屬之最：

⑴ 鋁：地殼中含量最多的金屬元素

⑵ 鈣：人體中含量最多的金屬元素

⑶ 鐵：目前世界年產量最多的金屬（鐵＞鋁＞銅）

⑷ 銀：導電、導熱性最好的金屬（銀＞銅＞金＞鋁）

⑸ 鉻：硬度最高的金屬

⑹ 鎢：熔點最高的金屬

⑺ 汞：熔點最低的金屬

⑻ 鋨：密度最大的金屬

⑼ 鋰：密度最小的金屬

⒊ 金屬分類：

⑴ 黑色金屬：通常指鐵、錳、鉻及它們的合金；

⑵ 有色金屬：通常是指除黑色金屬以外的其他金屬。

⑶ 重金屬：如銅、鋅、鉛等；

⑷ 輕金屬：如鈉、鎂、鋁等。

⒋金屬的用途：

確定金屬的用途時，不僅要考慮其性質，還應考慮價格、資源、是否美觀、使用是否便利、廢料是否便于回收和對環境的影響等多種因素。

⒌ 合金：由一種金屬跟其他一種或幾種金屬（或金屬與非金屬）一起熔合而成的具有金屬特性的物質。

一般說來，合金的各項性能一般優于純金屬，如熔點比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蝕性能更好，因此在工業上合金的應用比純金屬廣泛。

鐵的合金：生鐵 鋼 2%～4.3% 含碳量；

不銹鋼：含鉻、鎳的鋼具有抗腐蝕性能；

銅合金：黃銅 青銅:0.03%～2% 銅鋅，紫銅為純銅，熔點低；

焊錫合金：銅錫、鉛錫；

鈦和鈦合金：被認為是21世紀的重要金屬材料，鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來制造人造骨等。

⑴ 熔點高、密度小；

⑵ 可塑性好、易于加工、機械性能好；

⑶ 抗腐蝕性能好；

⑷ 形狀記憶金屬。

⒍ 金屬的化學性質

鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅等金屬在常溫下都能與空氣中的氧氣發生反應，其中鋁鋅在其表面形成一層致密的氧化膜，阻止氧化反應的繼續進行。

鐵、銅在潮濕的空氣中，常溫下能夠發生緩慢氧化——生銹。

⑴ 大多數金屬可與氧氣的反應；

⑵ 金屬＋酸→鹽＋H2↑；

⑶ 金屬＋鹽→另一金屬＋另一鹽（條件：“前換后，鹽可溶”）

Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4 (“濕法冶金”原理)

⒎ 常見金屬活動性順序：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au

金屬活動性由強逐漸減弱

在金屬活動性順序里：

⑴ 金屬的位置越靠前，它的活動性越強；

⑵ 位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫；（不可用濃硫酸、硝酸）

⑶ 位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來。（除K、Ca、Na）

⒏ 珍惜和保護金屬資源

⑴ 每年會有很多金屬被腐蝕而浪費掉，所以要防止金屬腐蝕。

⑵ 充分回收再利用。

⑶ 控制資源，合理開采礦物，避免由于開發條件有限導致的共生金屬被浪費的現象。

⑷ 積極開發，尋找低價金屬合金或復合材料代替高價金屬的解決方案。

意義：節約金屬資源，減少環境污染。

六、鐵

⒈ 鐵的冶煉

⑴原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。

常見的鐵礦石有磁鐵礦（主要成分是 Fe3O4）、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）

⑵ 原理：在高溫下利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。

3CO＋Fe2O3＝高溫＝2Fe＋3CO2

⒉ 金屬的銹蝕

⑴ 鐵生銹的條件是：鐵與水、空氣中的氧氣共同作用；（鐵銹的主要成分：Fe2O3.XH2O）

鐵銹很疏松，不能阻礙里層的鐵繼續與氧氣、水蒸氣反應，因此鐵制品可以全部被銹蝕。因此鐵銹應及時除去。

⑵ 銅比鐵難生銹，生銹的條件是：銅與水、空氣中的氧氣、二氧化碳共同作用。

銅綠的化學式：Cu2(OH)2CO3）

⑶ 鋁與氧氣反應生成致密的氧化鋁薄膜，從而阻止鋁進一步氧化，因此，鋁具有很好的抗腐蝕性能。

⒊ 防止鐵制品生銹的措施：

⑴ 保持鐵制品表面的清潔、干燥；

⑵ 表面涂保護膜：如涂油、刷漆、電鍍、烤藍等；

⑶ 制成不銹鋼。

七、燃料和能量

⒈ 三大化石燃料：煤、石油、天然氣（混合物、均為不可再生能源）

⑴ 煤：“工業的糧食”（主要含碳元素）；

煤是由有機物和無機物組成的復雜的混合物。

煤燃燒排放的污染物：SO2、NO2（引起酸雨）、CO、煙塵等

⑵ 石油：“工業的血液”（主要含碳、氫元素）；

石油是由烷烴、環烷烴、芳香烴等多種物質組成的復雜混合物。

汽車尾氣中污染物：CO、未燃燒的碳氫化合物、氮的氧化物、含鉛化合物和煙塵

⑶ 天然氣是氣體礦物燃料（主要成分：甲烷），是較清潔的能源。

天然氣的化學組成主要是烴類氣體，以甲烷為主(按體積分數約占80%～90%)。

甲烷的化學式：CH4，最簡單的有機物，相對分子質量最小的有機物。

天然氣是高效的清潔燃料，也是重要的化工原料。

⒉ 新能源：

人類已經進入到多能源結構時期，除了三大化石燃料外，可再生能源和清潔能源將成為新能源的主力軍。

氫能源、太陽能、核能、風能、生物能、地熱能、潮汐能等都將是這個能源家族的重要組成部分。

這些新型能源中，除了氫能、核能之外，大多數能源其本質都是由于太陽能而引發的。

氫氣是最理想的燃料：

⑴ 優點：資源豐富，放熱量多，無污染。

⑵ 需解決問題：

① 如何大量廉價的制取氫氣？

② 如何安全地運輸、貯存氫氣？

⒊ 兩種綠色能源：沼氣、乙醇

⑴ 沼氣的主要成分：甲烷

沼氣是有機物質在厭氧條件下，經過微生物的發酵作用而生成的一種可燃氣體。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內，在厭氧(沒有氧氣)條件下發酵，即被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化，從而產生沼氣。

沼氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷，可以燃燒，沼氣是可再生資源。

物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水。

化學性質：可燃性：CH4＋2O2＝點燃＝CO2＋2H2O（發出藍色火焰）

⑵ 乙醇(俗稱：酒精，化學式：C2H5OH)

化學性質：可燃性：C2H5OH＋3O2＝點燃＝2CO2＋3H2O

工業酒精中常含有有毒的甲醇CH3OH，故不能用工業酒精配制白酒！

乙醇汽油的優點：

① 節約石油資源；② 減少汽車尾氣；③ 促進農業發展；④ 乙醇可以再生。

⒋ 化學反應中的能量變化

⑴ 放熱反應：如所有的燃燒反應；

⑵ 吸熱反應：如C＋CO2＝高溫＝2CO