【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第二章氧和氫

§2-2氧氣的性質(zhì)

【01】氧的元素符號(hào)是O，原子量是16。氧氣的分子式是O?，分子量是32。

氧氣的物理性質(zhì)

【02】氧氣是無色、無味、無嗅的氣體，比空氣略為重些，在0℃和1大氣壓下，1升氧氣重1.429克（1升空氣重1.293克）【山注：氧氣密度1.429g/L（標(biāo)態(tài)下）】【山語：由于標(biāo)態(tài)下空氣密度是1.293g/L，比氧氣輕，因此實(shí)驗(yàn)裝氧氣的集氣瓶要正放在桌面上。而工業(yè)裝氧氣則是加壓裝到藍(lán)鋼瓶中】。在增加壓強(qiáng)和降低溫度時(shí)，氧氣也能變成液態(tài)的甚至固態(tài)的。液態(tài)氧是一種淡藍(lán)色的液體，它在-183℃時(shí)沸騰，并在-219℃時(shí)凝成淡藍(lán)色的固體【山注：固體時(shí)常為雪花狀（-218°C）】。

【03】氧氣在水中較難溶解【山注：不易溶、微溶】。在20℃和1大氣壓下，1升水只能溶解0.03升的氧氣。這些溶解在水里的氧氣，對(duì)維持水生動(dòng)物的生命有著重要的作用。

氧氣的化學(xué)性質(zhì)

1、氧氣和非金屬的反應(yīng)

【04】（1）把赤磷（由磷元素組成的一種紅褐色粉末狀的單質(zhì)）放在燃燒匙里，在酒精燈上加熱，它能在空氣里燃燒，并發(fā)出微弱的火光。如果把燃著的磷插入充滿氧氣的集氣瓶里（圖2-1），這時(shí)磷的燃燒就比在空氣里劇烈得多，發(fā)出的光也明亮得多。同時(shí)瓶里充滿了白煙。稍過一些時(shí)候，白煙慢慢消失，在瓶壁上附著一層白色的粉末。這種白色固體是磷和氧氣發(fā)生反應(yīng)以后生成的新物質(zhì)，叫做五氧化二磷，它的分子式是P?O?。從這個(gè)分子式可以看出，五氧化二磷的分子是由2個(gè)磷原子和5個(gè)氧原子結(jié)合而成的。這個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可以用下面的式子來表示：

【05】在這種式子里，記號(hào)“→”上面，注明了發(fā)生這一反應(yīng)所需的條件。例如必須先把赤磷“點(diǎn)燃”（這就是條件）后，再放入氧氣瓶里，赤磷才會(huì)和氧劇烈化合，生成五氧化二磷，否則，上述反應(yīng)是不會(huì)發(fā)生的。【山注：物質(zhì)在空氣中燃燒，本質(zhì)是與其中的氧氣反應(yīng)，因此物質(zhì)在空氣中燃燒不如氧氣劇烈是因?yàn)榭諝庵械难鯕夂肯鄬?duì)較少】

【06】（2）木炭（它的主要成分是碳）在空氣里雖然也能燃燒，但只能發(fā)出暗紅的光。如果把燃著的木炭放進(jìn)充滿氧氣的集氣瓶里（圖2-2），這時(shí)木炭燃燒得更加旺盛，發(fā)出較強(qiáng)的光輝。【山注：木炭在空氣里可燃燒，發(fā)暗紅光；在氧氣里燃燒更劇烈，發(fā)亮白光】【山語：另外，將帶火星的木條伸入盛有氧氣的集氣瓶中，木條可復(fù)燃，由此可見氧氣具有助燃性；但氧氣沒有燃燒，因此氧氣不像氫氣那樣具有可燃性；故也常用帶火星的木條來檢驗(yàn)無色無味的氣體是否為氧氣。】在木炭燃燒過的那只集氣瓶里，如果倒入一些澄清的石灰水，石灰水立刻變得混濁，這證明瓶子里有二氧化碳存在(見§3-4)，二氧化碳是碳和氧氣發(fā)生反應(yīng)以后生成的新物質(zhì)，它的分子式是.這個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可以用下面的式子表示：

【07】除了上面所講的磷和碳外，大多數(shù)的非金屬都能在一定條件下和氧氣發(fā)生反應(yīng)。例如，氫氣在氧氣里燃燒生成水H?O，硫在氧氣里燃燒生成二氧化硫SO?【山注：硫在空氣中燃燒產(chǎn)生微弱的淡藍(lán)色火焰；在氧氣里燃燒產(chǎn)生明亮的藍(lán)紫色火焰。另，硫燃燒時(shí)會(huì)放出刺激性氣體SO?以及熱量，為了保護(hù)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)時(shí)可在杯中倒入少量水以吸收二氧化硫?！?/span>，等等。

2、氧氣和金屬的反應(yīng)

【08】絕大多數(shù)的金屬（除金、鉑等少數(shù)幾種外)也都能和氧氣反應(yīng)。有些化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬（例如鈉、鉀等)，在平常溫度下就能和氧氣迅速反應(yīng)。有些金屬在高溫時(shí)能夠在純粹的氧氣里劇烈地燃燒起來。例如鐵，一般說來在空氣里是不能燃燒的，但在純氧里卻可以燃燒，這可以從下面的實(shí)驗(yàn)觀察得到。

【09】把一根細(xì)鐵絲盤成螺旋狀【山注：盤成螺旋狀可增大鐵絲與氧氣的接觸面，從而便于點(diǎn)燃】，鐵絲一端縛一根火柴梗，把火柴梗點(diǎn)燃后，立即將鐵絲插入氧氣瓶里【在貯氧氣的集氣瓶里，要留有少許水，以免燃燒的鐵屑落入瓶底時(shí)把集氣瓶爆破】，這時(shí)被火柴梗燒熱的鐵絲在純氧里發(fā)生猛烈的燃燒。由于燃燒時(shí)產(chǎn)生很多熱量，使燃著的鐵絲被灼熱成白熾狀態(tài)，發(fā)出強(qiáng)烈的白光，火花四射（圖2-3），生成了四氧化三鐵，它的分子式是Fe?O?。這個(gè)變化可以用下面的式子來表示：

【山語：鐵絲燃燒小結(jié)與打鐵花的啟示】

（1）鐵絲燃燒小結(jié)

? ? ? ? 鐵絲在空氣里點(diǎn)火會(huì)發(fā)紅而不能燃燒；而如果在氧氣里點(diǎn)火則會(huì)劇烈燃燒、火星四射，會(huì)放出大量的熱并生成黑色固體。

（2）打鐵花與鐵燃燒

? ? ? ? 打鐵花是豫晉等地一項(xiàng)流傳上千年的歡慶娛樂活動(dòng)。表演者是將1600°C以上的高溫鐵水，瞬間混合上濕鋸末后迅速打向柳枝編成的花棚，從而將鐵水打成細(xì)小顆粒，飛入空氣中燃燒出絢爛奪目的火樹銀花之景。

? ? ? ? 當(dāng)時(shí)我觀此景時(shí)，忽然想起化學(xué)課本中關(guān)于鐵絲不能在空氣中燃燒的記載。于是我就想搞明白這亮光究竟是鐵高溫時(shí)的顏色，還是小鐵顆粒在空氣中燃燒發(fā)出的白光。于是上網(wǎng)查詢，但大部分內(nèi)容都是介紹打鐵花的風(fēng)俗和淵源，很少有涉及原理的。不過好在后生可畏，竟有中學(xué)生也注意到這個(gè)問題，并在其老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，還將實(shí)驗(yàn)結(jié)果上傳到網(wǎng)上，這要點(diǎn)個(gè)大大的贊！

? ? ? ? 目前這個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄在“浦東化學(xué)在線”，標(biāo)題是《探究鐵燃燒的條件》。該實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者先將鐵粉緩慢倒入火中，可以明顯看到鐵粉發(fā)生了燃燒，驗(yàn)證了小鐵顆粒是可以在空氣中燃燒的。之后實(shí)驗(yàn)者并沒有停止，又實(shí)驗(yàn)了超細(xì)鐵絲棉，其將超細(xì)鐵絲放到酒精燈上（此處不需要盤成螺旋狀），竟然也可以順利在空氣中點(diǎn)燃。這個(gè)實(shí)驗(yàn)使人頓消疑竇，小伙子們干得漂亮！? ? ? ??

3、氧氣和化合物的反應(yīng)

【10】氧氣除了能和多種單質(zhì)（非金屬和金屬）發(fā)生反應(yīng)外，還能和某些化合物，特別是含碳的化合物發(fā)生反應(yīng)。我們知道，木柴、酒精、煤氣（在這些物質(zhì)里都包含有含碳的化合物）等常用作燃料，都能夠在空氣里燃燒，實(shí)際上它們是和空氣里的氧氣發(fā)生反應(yīng)。

【11】許多食物在空氣里腐敗，也是食物和空氣里的氧氣發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。【山語：物質(zhì)的燃燒是劇烈的氧化反應(yīng)，但還有一種氧化是緩慢氧化。即物質(zhì)與氧反應(yīng)進(jìn)行的很慢，甚至不易被察覺，因此被稱作緩慢氧化。緩慢氧化不發(fā)光但是會(huì)放熱。動(dòng)植物的呼吸、食物的腐爛、醋酒的釀造、農(nóng)家肥料的腐熟等都屬于緩慢氧化?！?/span>

【12】從上面這些化學(xué)反應(yīng)，可以看出氧氣的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，它能和很多物質(zhì)（單質(zhì)和化合物）發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)的過程里，許多物質(zhì)在氧氣里劇烈地燃燒起來，并放出大量的熱。

習(xí)題2-2

1、說明氧氣的物理性質(zhì)。

【山答】氧氣無色、無味、無嗅，在0℃和1大氣壓下，1升氧氣重1.429克。在增加壓強(qiáng)和降低溫度時(shí)，氧氣也能變成液態(tài)的甚至固態(tài)的。液態(tài)氧是一種淡藍(lán)色的液體，它在-183℃時(shí)沸騰，并在-219℃時(shí)凝成淡藍(lán)色的固體。在20℃和1大氣壓下，1升水只能溶解0.03升的氧氣。

2、分別敘述赤磷、木炭和鐵在氧氣里燃燒的現(xiàn)象。燃燒以后各生成什么物質(zhì)？寫出它們的分子式。

【山答】

①赤磷在氧氣里劇烈燃燒，產(chǎn)生明亮的光，及大量的白煙。生成五氧化二磷P?O?。

②木炭在氧氣里劇烈燃燒，產(chǎn)生明亮的光。生成二氧化碳CO?。

③鐵在氧氣中猛烈燃燒，產(chǎn)生強(qiáng)烈的白光，火花四射，鐵絲成白熾狀。生成四氧化三鐵Fe?O?。

3、為什么物質(zhì)在空氣里燃燒不如在純氧里燃燒那樣劇烈？

【山答】空氣中含有大量不與物質(zhì)產(chǎn)生燃燒反應(yīng)的氮?dú)獾葰怏w，從而減少物質(zhì)與氧氣的接觸。