在标准状况下,氧气的密度是1.429g∕l,比空气的密度(1.293g∕l)略大.它不易溶于水,在室温下,1L水中只能溶解于约30mL氧气.在压强为101kPa时,氧气在-183°C时变为蓝色液体,在-218°C时会变成淡蓝色雪花状的固体.
2.化学性质
氧气的化学性质比较活泼.除了惰性气体、活性小的金属元素如金、铂、银、钯之外,大部分的元素都能与氧起反应,这些反应称为氧化反应,而反应产生的化合物称为氧化物.一般而言,非金属氧化物的水溶液呈酸性,而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性.此外,几乎所有的有机化合物,可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水.氧原子的结构
(1)、氧气跟金属反应:
与钾的反应:
4K+O2=2K2O,钾的表面变暗
2K+O2=K2O2;K+O2=KO2(超氧化钾),(条件:点燃或加热,两个反应同时进行)
与钠的反应:
4Na+O2=2Na2O,钠的表面变暗
2Na+O2=Na2O2(条件:点燃或加热),产生黄色火焰,放出大量的热,生成淡黄色粉末.
与镁的反应;2Mg+O2=2MgO(条件:点燃),剧烈燃烧发出耀眼的强光,放出大量热,生成白色固体.
与铝的反应;4Al+3O2=2Al2O3(条件:点燃),发出明亮的光,放出热量,生成白色固体.
与铁的反应;
4Fe+3O2+2xH2O=2Fe2O3·xH2O,(铁锈的形成)
3Fe+2O2=Fe3O4(条件:点燃),红热的铁丝剧烈燃烧,火星四射,放出大量热,生成黑色固体.
与锌的反应:2Zn+O2=2ZnO(条件:点燃),
与铜的反应;2Cu+O2=2CuO(条件:加热),加热后亮红色的铜丝表面生成一层黑色物质.
(2)、氧气跟非金属反应:
与氢气的反应:2H2+O2=2H2O(条件:点燃),产生淡蓝色火焰,放出大量的热,并有水生成.
与碳的反应:CO2(carbon dioxide)
(碳+氧气→二氧化碳)C+O2=CO2(条件:点燃),剧烈燃烧,发出白光,放出热量,生成使石灰水变浑浊的气体.
氧气不完全时则产生一氧化碳:2C+O2=2CO(条件:点燃).
与硫的反应:S+O2=SO2(条件:点燃),发生明亮的蓝紫色火焰,放出热量,生成有刺激性气味的气体,该气体也能使成清石灰水变浑浊,且能使酸性高锰酸钾溶液或品红溶液褪色.
与红磷的反应:4P+5O2=2P2O5(条件:点燃),剧烈燃烧,发光放热,生成白烟.(P4O10为五氧化二磷的分子式,此处写P2O5亦可)
与白磷的反应:P4+5O2=2P2O5,白磷在空气中自燃,发光发热,生成白烟.
与氮气的反应:N2+O2=2NO(条件:放电)
与氧气的反应:3O2=2O3(条件:放电)
(3)、氧气跟一些有机物反应,如甲烷、乙炔、酒精、石蜡等能在氧气中燃烧生成水和二氧化碳.
气态烃类的燃烧通常发出明亮的蓝色火焰,放出大量的热,生成水和能使澄清石灰水变浑浊的气体.
甲烷:CH4+2O2=CO2+2H2O(条件:点燃)
乙烯:C2H4+3O2=2CO2+2H2O(条件:点燃)
乙炔:2C2H2+5O2=4CO2+2H2O(条件:点燃)
苯:2C6H6+15O2=12CO2+6H2O(条件:点燃)
甲醇:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O(条件:点燃)
乙醇:CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O(条件:点燃)
碳氢氧化合物与氧气发生燃烧的通式:4CxHyOz+(4x+y-2z)O2=4xCO2+2yH2O(条件:点燃)(通式完成后应注意化简!下同)
烃的燃烧通式:4CxHy+(4x+y)O2=4xCO2+2yH2O(条件:点燃)
乙醇被氧气氧化:2CH3CH2OH+O2=2CH3CHO+2H2O(条件:Cu,加热)
此反应包含两个步骤:(1)2Cu+O2=2CuO(加热)(2)CH3CH2OH+CuO=CH3CHO+Cu+H2O(加热)
氯仿与氧气的反应:2CHCl3+O2=2COCl2(光气)+2HCl
(4)、氧气与其它化合物的反应:
硫化氢的燃烧:(完全)2H2S+3O2=2H2O+2SO2;(不完全)2H2S+O2=2H2O+2S(条件:点燃)
煅烧黄铁矿:4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2(条件:高温)
二氧化硫的催化氧化:2SO2+O2=2SO3(条件:V2O5,加热)
空气中硫酸酸雨的形成:2SO2+O2+2H2O=2H2SO4
氨气在纯氧中的燃烧:4NH3+3O2(纯)=2N2+6H2O (条件:点燃)
氨气的催化氧化:4NH3+5O2=4NO+6H2O (条件:Pt,加热)
一氧化氮与氧气的反应:2NO+O2=2NO2
氧气是一种非常重要的物质,研究氧气,首先研究它的物理性质和化学性质,再根据性质研究它的用途,最后研究它的制法.学习物质的性质,必须以实验为依据,对物理性质主要观察它的颜色、状态、溶解性等,通过观察和联系生活实际掌握氧气的物理性质.
1.氧气的物理性质:
在通常状况下,氧气是一种没有颜色,没有气味的气体.不易溶解于水,1L水只能溶解大约30mL氧气.(地球表面有四分之三的水,空气中仍有五分之一体积的氧气,鱼类依赖水中氧气呼吸而生存,可证明氧气微溶于水.)标准状况下,氧气的密度是1.429g/L,比空气密度略大.在1个标准大气压下,氧气在—183℃时变为淡蓝色液体,在—218℃时变成雪花状的淡蓝色的固体.
2.氧气的化学性质
认识和掌握氧气的化学性质必须通过认真观察实验来完成.化学实验中观察现象,不仅要仔细,而且要抓住主要的,最能反映化学变化本质的现象,切勿被某些次要的,非本质的现象所干扰,同时还要分清主次.观察和描述实验现象应该主要抓住:
①反应前物质的颜色、状态、实验用的仪器名称等.
②反应条件, *** 作方法及反应过程中发生的现象.
③反应后生成物的颜色、状态、气味等.
要注意区分反应条件,反应现象及结论,不可混淆.
(2)氧气是一种化学性质比较活泼的气体,它能跟许多物质发生化学反应,同时放出热量.物质跟氧发生的化学反应叫做氧化反应.上述反应全属于氧化反应.氧气在氧化反应中提供氧,具有氧化性,它是一种常见的氧化剂.
(3)掌握化合反应、氧化反应的概念.
①化合反应:由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应.(“多变一”的一类反应)叫做化合反应.化合反应是化学反应的一种基本类型.
硫、碳、磷、铁在氧气中燃烧的反应均属于化合反应.石蜡在氧气中燃烧的反应不是化合反应,因为它的燃烧产物是两种.
②氧化反应:物质跟氧发生的化学反应.
学习这个概念时应注意,为什么不说“物质跟氧气发生的剧烈的化学反应叫做氧化反应”呢?这是因为:化合物里的氧跟物质发生的化学反应,也叫做氧化反应.其次物质跟氧发生的化学反应不一定有剧烈的燃烧现象,如铁生锈、人的呼吸都属于氧化反应,但并不剧烈.
3.氧气的用途
学习氧气的用途要联系氧气的性质,因为性质决定了用途.氧气与别的物质的反应大都有放热的性质,可知氧气的用途基本上是供给热量.如供生物呼吸,维持正常的生理功能.炼钢,制液氧炸药,焊接和切割金属等.
4.氧气的制法
工业制法:
利用空气为原料,根据液态氮沸点(—196℃)和液态氧沸点(—183℃)不同,采用分离液态空气的方法来制取.
实验室制法:
学习实验室制取气体物质的方法应从使用的药品,反应的原理,实验的仪器装置,收集的方法等几个方面综合考虑.
(1)反应原理
由于氧气的化学性质很活泼,所以实验室常用含氧的化合物,如氯酸钾、高锰酸钾等加热分解来制取.
高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气
(2)实验装置
实验室制取气体时,应根据反应物的状态,反应的条件来选择相应的装置.
(3)收集方法
收集气体的装置,常跟气体的性质有关.氧气不易溶于水,可以采用排水法收集;氧气密度比空气大,也可以采用向上排空气法收集.
(4)掌握氧气的制法应注意几个问题:
①工业上用分离空气的方法制取氧气,发生的是物理变化.因为空气中本来就含有氧气,在制取氧气的过程中,只是利用液态空气中液氧和其它成分沸点
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