第二章 身边的化学物质

一. 物理性质：无色、无味气体，密度略大于空气，固态和液态成淡蓝色，不易溶于水。

二. 化学性质

（一）木炭

1. 装置：
2. 原理：$\ce{C + O2 \xlongequal{点燃} CO2}$。
3. 现象：
   • 在空气中燃烧发出红光。
   • 在氧气中燃烧更剧烈，发出白光。
   • 放热。
   • 生成一种使澄清石灰水变浑浊的气体。
4. 应由上至下，缓慢伸入木炭的目的：使木炭与氧气充分接触充分燃烧（适用于所有燃烧）。

（二）蜡烛

1. 原理：$\ce{\text{石蜡 + 氧气} \xrightarrow{点燃} \text{水 + 二氧化碳}}$。
2. 现象：
   • 在空气中燃烧，发出明亮的火焰。
   • 在氧气中燃烧更剧烈，发出白光。
   • 放热。
   • 瓶壁出现水珠，同时生成一种使澄清石灰水变浑浊的气体。

（三）硫粉（俗名：硫磺，淡黄色固体）

1. 装置：
2. 原理：$\ce{S + O2 \xlongequal{点燃} SO2}$。
3. 现象：
   • 在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰。
   • 在氧气中燃烧更剧烈，发出明亮的蓝紫色火焰。
   • 放热。
   • 生成一种无色有刺激性气味气体。
4. 预先在集气瓶中放少量的水的目的：吸收 $\ce{SO2}$，防止造成空气污染。

（四）铁丝

1. 原理：$\ce{3Fe + 2O2 \xlongequal{点燃} Fe3O4}$。
2. 现象：
   • 剧烈燃烧，火星四射。
   • 放出大量的热。
   • 生成一种黑色固体。
3. 用砂纸打磨铁丝，出去表面的氧化膜。
4. 铁丝绕成螺旋状的目的：增大受热面积。
5. 火柴的作用：引燃铁丝。
6. 火柴深入的时刻：火柴将要熄灭时。
7. 预先在集气瓶底放少量水或铺一层细沙的目的：防止反应生成的固体物质溅落瓶底，致使集气瓶炸裂。

（五）氧气反应

1. 定义：
   • 狭义：物质与氧气发生反应。
   • 广义：物质与氧发生反应。
2. 与化合反应为交叉关系。
3. 分类：
   • 燃烧（较剧烈）。
   • 缓慢氧化（呼吸，生锈）。

三. 氧化性（提供氧）。是氧化剂。

四. 氧气的制法。

（一）工业制法（分离液态空气法）：

（二）实验室制法：

1. 加热高锰酸钾（$\ce{KMnO4}$，紫黑色固体，紫红色液体）。
   • 原理：$\ce{2KMnO4 \xlongequal{\Delta} K2MnO4 + MnO2 + O2 ^}$。$\ce{MnO2}$，二氧化锰，黑色固体，难溶于水。
   • 装置：选取发生装置依据因素：反应物状态和反应条件。。
   • 操作顺序：连接仪器或装置，检查装置气密性，装药品，固定试管，点燃酒精灯，收集气体，移出导管，熄灭酒精灯。记忆：茶庄定点收利息。
   • 检验方法：将带火星的木条深入集气瓶中，如果木条复燃，则证明是氧气。将燃着的木条深入集气瓶中，如果木条燃烧更旺则证明是氧气。
   • 验满方法：排水法：瓶口冒出大气泡，则证明集满。向上排空气法：将带火星的木条放在瓶口，若木条复燃则证明集满。
   • 使用排水法的条件：物质溶解性差，不与水反应。
   • 发生装置：注意试管口朝向，铁夹位置，导管伸入试管长度（刚略过橡皮塞），棉花作用：防止高锰酸钾等物质进入导管堵塞导管。
   • 排水法可以收集不同浓度的 $\ce{O2}$。
2. 加热氯酸钾（$\ce{KClO3}$，白色固体）
   • 原理：
   • 装置：同加热高锰酸钾，无棉花。
3. 双氧水（过氧化氢溶液）
   • 原理：
   • 催化剂：加快反应速率，且在反应前后质量和化学性质不变。参与化学反应，不唯一，不万能。不能决定反应是否发生以及生成物的质量。
   • 影响反应速率的因素：温度，反应物浓度，接触面积。
   • 实验现象：产生气泡。
   • 发生装置：固液常温型。
   • 
   • 分液漏斗好处：可以通过控制液体流速以控制生成气体的速率。
   • 如果使用长颈漏斗，注意液体要没过长颈漏斗下端管口，防止气体从长颈漏斗中逸出。
   • 分液漏斗较长颈漏斗优点：可以控制反应速率，节省药品。
   • 长颈漏斗较分液漏斗好处：操作简便。
   • 操作顺序：连接仪器或装置，检查装置气密性，装药品（先固后液），收集气体。
   • 分液漏斗检查装置气密性的方法：手握。
   • 长颈漏斗检查装置气密性的方法：向长颈漏斗内注水至没过长颈漏斗的下端管口，夹紧止水夹，继续向长颈漏斗内注水至形成一定的页面高度，如果一段时间后液面不下降，则证明装置气密性良好。
   • 较 $\ce{KMnO4}$ 和 $\ce{KClO3}$ 的优点：节能，环保，操作简便。

一. 物理性质

（一）通常情况下是无色无味气体，密度大于空气。

（二）液态二氧化碳：无色。液态二氧化碳灭火器用处：图书，档案，精密仪器的灭火。

（三）固态二氧化碳（干冰）：易升华吸热。用处：舞台云雾，制冷剂，保鲜食品，人工降雨。

（四）能溶于水。

二. 化学性质

（一）不供给呼吸：进入久未开启的菜窖或干涸的枯井之前需要进行灯火试验。目的：检验二氧化碳浓度是否超标。密闭空间里供氧：$\ce{2Na2O2 + 2CO2 \xlongequal{} 2Na2CO3 + O2 ^}$。$\ce{Na2O2}$，过氧化钠。$\ce{Na2CO3}$，碳酸钠，纯碱，苏打。

（二）不可燃也不支持燃烧

1. 装置：
2. 现象：蜡烛由下至上依次熄灭。
3. 可得性质：密度大于空气，既不可燃，也不支持燃烧。用途：灭火。
4. 玻璃片作用：使 $\ce{CO2}$ 与上方蜡烛隔开。
5. 倾倒二氧化碳改成导气通入二氧化碳：伸入杯底只能证明化学性质，伸入杯口可以证明物理性质和化学性质。

（三）与水反应

1. 光合作用
   • 原理：$\ce{6CO2 + 6H2O \xrightarrow[叶绿素]{光照} C6H12O6 + 6O2}$。
   • $\ce{CO2}$ 用途：气肥。
2. 常温反应
   • 装置：
   • 原理：$\ce{CO2 + H2O \xlongequal{} H2CO3}$。
   • 检测：紫色石蕊试液，遇酸变红，遇碱变蓝。
   • 现象：溶液从紫色变成红色。
   • 要补做干燥 $\ce{CO2}$ 通入试管。
   • 
   • 对比实验：证明 $\ce{CO2}$ 不能使石蕊变红，证明 $\ce{CO2}$ 和 $\ce{H2O}$ 发生反应生成了酸性物质。
   • 加热红色石蕊试液原理：$\ce{H2CO3 \xlongequal{\Delta} H2O + CO2 ^}$。
   • 现象：溶液从红色褪回到紫色，产生气泡。

（四）与澄清石灰水反应

1. 澄清石灰水，俗称：熟石灰，$\ce{Ca(OH)2}$。
2. 原理：$\ce{Ca(OH)2 + CO2 \xlongequal{} CaCO3 v + H2O}$。
3. 应用
   • 检验 $\ce{CO2}$ 的原理。
   • 长久保鲜鸡蛋原理。
   • 刷墙原理。
4. 吸收二氧化碳原理：$\ce{CO2 + 2NaOH \xlongequal{} Na2CO3 + H2O}$。$\ce{NaOH}$，氢氧化钠，火碱，烧碱。$\ce{Na2CO3}$，纯碱，苏打。
5. 如何证明其是化学反应
   • 从生成物的角度：有新物质 $\ce{Na2CO3}$ 生成。
   • 取少量待测液与试管中，加入稀盐酸，若产生气泡，则证明 $\ce{CO2}$ 与 $\ce{NaOH}$ 发生了化学反应。
   • 从反应物的角度：反应物消失，排除物理变化使反应物消失的干扰。
   • 装置：
   • 设计形变装置证明 $\ce{CO2}$ 消失，但是需要先排除 $\ce{CO2}$ 溶于水造成的干扰。

（五）氧化性

1. 与碳粉反应：$\ce{C + CO2 \xlongequal{高温} 2CO}$。
2. 与镁反应：$\ce{2Mg + CO2 \xlongequal{点燃} 2MgO + C}$。
3. \[\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ce{O2} \ \ \ce{H2O} \\ \ \ \ \ \ \updownarrow\ \nearrow \\ \ \ \ \ \ \ \ce{CO} \longleftrightarrow \ce{CO2} \longleftrightarrow \ce{H2CO3} \\ \updownarrow \\ \ce{CaCO3,Na2CO3}\]

三. 制法

（一）工业制法：高温煅烧石灰石

1. 原理：$\ce{CaCO3 \xlongequal{高温} CaO + CO2 ^}$。$\ce{CaO}$，氧化钙，生石灰，白色块状固体。
2. $\ce{CaO + H2O \xlongequal{} Ca(OH)2}$。现象：放大量热。$\ce{Ca(OH)2}$，熟石灰，白色粉末，微溶于水。英勇：干燥剂，但不可干燥 $\ce{CO2}$。
3. 在实验室中模拟高温反应条件。
   • 使用酒精喷灯。其中预热盘的作用：加速酒精汽化。为酒精燃烧提供热量。
   • 使用酒精灯罩铁丝网。铁丝网作用：集中火焰。
4. \[\text{钙三角，可用于提纯 }\ce{CaCO3} \\ \ \\ \ce{CaCO3} \\ \text{高温} \swarrow \ \ \ \ \ \ \ \ \ \nwarrow \ce{CO2} \\ \ \ \ \ \ \ \ce{CaO} \ \ \overset{\ce{H2O}}{\longrightarrow} \ \ce{Ca(OH)2}\]

（二）实验室制法

1. 制法
   • 原理：$\ce{CaCO3 + 2HCl \xlongequal{} CaCl2 + H2O + CO2 ^}$。
   • 反应物：石灰石或大理石，稀盐酸。
   • 现象：固体减少，产生气泡。
   • 不用纯 $\ce{CaCO3}$ 或 $\ce{Na2CO3}$ 的原因：反应速率过快，不利于收集。
   • 不用浓盐酸的原因：浓盐酸会发出较多 $\ce{HCl}$，使 $\ce{CO2}$ 不纯。
   • $\ce{CO2}$ 中混有 $\ce{HCl,H2O}$ 的去除方法：依次加饱和 $\ce{NaHCO3}$ 溶液（去除 $\ce{HCl}$）和浓 $\ce{H2SO4}$（去除 $\ce{H2O}$）。
   • 不用稀 $\ce{H2SO4}$ 的原因：$\ce{CaSO4}$ 微溶于水，覆盖在石灰石表面，阻止反应继续发生。
   • 加稀 $\ce{H2SO4}$：$\ce{CaCO3 + H2SO4 \xlongequal{} CaSO4 + H2O + CO2 ^}$。
   • 生活中除水垢，做无壳鸡蛋，加醋可以完成。
2. 装置
   • 
   • 优点：可以控制反应的发生与停止，可用于块状固液常温制气。
3. 操作：同双氧水制氧气。
4. 检验方法：将气体通入澄清石灰水或向瓶中倒入少量澄清石灰水。
5. 验满方法：将一燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭则证明 $\ce{CO2}$ 集满。

一. 性质

（一）蒸馏水，水，冰水混合物都是纯净物。

（二）物理性质：$4\ ^\circ \mathrm{C}$ 密度最大。

（三）化学性质

1. 与 $\ce{CO2}$ 反应：$\ce{H2O + CO2 \xlongequal{} H2CO3}$。

   与 $\ce{SO2}$ 反应：$\ce{H2O + SO2 \xlongequal{} H2SO3}$。

2. 与 $\ce{CaO}$ 反应：$\ce{H2O + CaO \xlongequal{} Ca(OH)2}$。
3. 通电分解。
   • 原理：$\ce{2H2O \xlongequal{通电} 2H2 ^ + O2 ^}$。
   • 现象：两侧电极均产生大量气泡，管内液面下降，球形漏斗内水面上升，负极产生的气体约为正极产生的气体体积的二倍。
   • 正极产生氧气，负极产生氢气。
   • 理论上体积比为 $2 : 1$。
   • 实际上大于 $2 : 1$，因为相同条件下氧气比氢气溶解性好，氧气氧化电极。
   • 向水中加 $\ce{NaOH}$ 或稀 $\ce{H2SO4}$ 的目的：增强导电性。
   • 使用直流电。
   • 结论：水由氢氧元素组成，依据：化学反应前后，元素种类不变。
4. 氢气
   • 物理性质：密度最小，难溶于水。
   • 可燃烧，$\ce{2H2 + O2 \xlongequal{点燃} 2H2O}$。现象：发出淡蓝色火焰。
   • 是最理想能源的原因：产物无污染，热值大，原料来源广泛。
   • 未能普遍使用的原因：成本高（能耗大）和运输和存储原因。

二. 水的净化

（一）水的分布：占地球表面的 $\dfrac{3}{4}$，其中淡水 $< 1 \%$。水资源的消耗中有 $60 \% - 80 \%$ 用于农业。

（二）水的污染

1. 工业三废的任意排放。
2. 生活污水的任意排放
3. 农药化肥随雨水流入河流。

（三）软水和硬水

1. 软水：可溶性 $\ce{Ca}$ 和 $\ce{Mg}$ 化合物含量少或不含可溶性 $\ce{Ca}$ 和 $\ce{Mg}$ 化合物。
2. 硬水：可溶性 $\ce{Ca}$ 和 $\ce{Mg}$ 化合物含量多。
3. 鉴别方法：各取少量待测液于试管中，分别加入肥皂水。如果泡沫少且产生垢状物则是硬水，泡沫多则为软水。
4. 硬水到软水的转化：蒸馏或煮沸（生活中常用）。

（四）水的净化

1. 自来水净化
   • $\text{水} \longrightarrow \text{沉降池} \longrightarrow \text{砂滤池} \longrightarrow \text{吸附池} \longrightarrow \text{消毒池}$。
   • 沉降池：分自然沉降和吸附沉降。加入絮凝剂明矾，吸附悬浮的固体小颗粒，使其絮凝沉降。
   • 砂滤池：除去水中难溶的杂质。
   • 吸附池：加入活性炭，吸附色素和异味。
   • 消毒池：加入氯气，原理：$\ce{Cl2 + H2O \xlongequal{} HCl + HClO}$。$\ce{HClO}$，次氯酸。
2. 自制净水器
   • 目标：过滤一杯又脏又臭又有颜色的水。
   • 装置：