【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第二章氧和氢

§2-2氧气的性质

【01】氧的元素符号是O，原子量是16。氧气的分子式是O₂，分子量是32。

氧气的物理性质

【02】氧气是无色、无味、无嗅的气体，比空气略为重些，在0℃和1大气压下，1升氧气重1.429克（1升空气重1.293克）【山注：氧气密度1.429g/L（标态下）】【山语：由于标态下空气密度是1.293g/L，比氧气轻，因此实验装氧气的集气瓶要正放在桌面上。而工业装氧气则是加压装到蓝钢瓶中】。在增加压强和降低温度时，氧气也能变成液态的甚至固态的。液态氧是一种淡蓝色的液体，它在-183℃时沸腾，并在-219℃时凝成淡蓝色的固体【山注：固体时常为雪花状（-218°C）】。

【03】氧气在水中较难溶解【山注：不易溶、微溶】。在20℃和1大气压下，1升水只能溶解0.03升的氧气。这些溶解在水里的氧气，对维持水生动物的生命有着重要的作用。

氧气的化学性质

1、氧气和非金属的反应

【04】（1）把赤磷（由磷元素组成的一种红褐色粉末状的单质）放在燃烧匙里，在酒精灯上加热，它能在空气里燃烧，并发出微弱的火光。如果把燃着的磷插入充满氧气的集气瓶里（图2-1），这时磷的燃烧就比在空气里剧烈得多，发出的光也明亮得多。同时瓶里充满了白烟。稍过一些时候，白烟慢慢消失，在瓶壁上附着一层白色的粉末。这种白色固体是磷和氧气发生反应以后生成的新物质，叫做五氧化二磷，它的分子式是P₂O₅。从这个分子式可以看出，五氧化二磷的分子是由2个磷原子和5个氧原子结合而成的。这个化学反应，可以用下面的式子来表示：

【05】在这种式子里，记号“→”上面，注明了发生这一反应所需的条件。例如必须先把赤磷“点燃”（这就是条件）后，再放入氧气瓶里，赤磷才会和氧剧烈化合，生成五氧化二磷，否则，上述反应是不会发生的。【山注：物质在空气中燃烧，本质是与其中的氧气反应，因此物质在空气中燃烧不如氧气剧烈是因为空气中的氧气含量相对较少】

【06】（2）木炭（它的主要成分是碳）在空气里虽然也能燃烧，但只能发出暗红的光。如果把燃着的木炭放进充满氧气的集气瓶里（图2-2），这时木炭燃烧得更加旺盛，发出较强的光辉。【山注：木炭在空气里可燃烧，发暗红光；在氧气里燃烧更剧烈，发亮白光】【山语：另外，将带火星的木条伸入盛有氧气的集气瓶中，木条可复燃，由此可见氧气具有助燃性；但氧气没有燃烧，因此氧气不像氢气那样具有可燃性；故也常用带火星的木条来检验无色无味的气体是否为氧气。】在木炭燃烧过的那只集气瓶里，如果倒入一些澄清的石灰水，石灰水立刻变得混浊，这证明瓶子里有二氧化碳存在(见§3-4)，二氧化碳是碳和氧气发生反应以后生成的新物质，它的分子式是.这个化学反应，可以用下面的式子表示：

【07】除了上面所讲的磷和碳外，大多数的非金属都能在一定条件下和氧气发生反应。例如，氢气在氧气里燃烧生成水H₂O，硫在氧气里燃烧生成二氧化硫SO₂【山注：硫在空气中燃烧产生微弱的淡蓝色火焰；在氧气里燃烧产生明亮的蓝紫色火焰。另，硫燃烧时会放出刺激性气体SO₂以及热量，为了保护环境，实验时可在杯中倒入少量水以吸收二氧化硫。】，等等。

2、氧气和金属的反应

【08】绝大多数的金属（除金、铂等少数几种外)也都能和氧气反应。有些化学性质比较活泼的金属（例如钠、钾等)，在平常温度下就能和氧气迅速反应。有些金属在高温时能够在纯粹的氧气里剧烈地燃烧起来。例如铁，一般说来在空气里是不能燃烧的，但在纯氧里却可以燃烧，这可以从下面的实验观察得到。

【09】把一根细铁丝盘成螺旋状【山注：盘成螺旋状可增大铁丝与氧气的接触面，从而便于点燃】，铁丝一端缚一根火柴梗，把火柴梗点燃后，立即将铁丝插入氧气瓶里【在贮氧气的集气瓶里，要留有少许水，以免燃烧的铁屑落入瓶底时把集气瓶爆破】，这时被火柴梗烧热的铁丝在纯氧里发生猛烈的燃烧。由于燃烧时产生很多热量，使燃着的铁丝被灼热成白炽状态，发出强烈的白光，火花四射（图2-3），生成了四氧化三铁，它的分子式是Fe₃O₄。这个变化可以用下面的式子来表示：

【山语：铁丝燃烧小结与打铁花的启示】

（1）铁丝燃烧小结

        铁丝在空气里点火会发红而不能燃烧；而如果在氧气里点火则会剧烈燃烧、火星四射，会放出大量的热并生成黑色固体。

（2）打铁花与铁燃烧

        打铁花是豫晋等地一项流传上千年的欢庆娱乐活动。表演者是将1600°C以上的高温铁水，瞬间混合上湿锯末后迅速打向柳枝编成的花棚，从而将铁水打成细小颗粒，飞入空气中燃烧出绚烂夺目的火树银花之景。

        当时我观此景时，忽然想起化学课本中关于铁丝不能在空气中燃烧的记载。于是我就想搞明白这亮光究竟是铁高温时的颜色，还是小铁颗粒在空气中燃烧发出的白光。于是上网查询，但大部分内容都是介绍打铁花的风俗和渊源，很少有涉及原理的。不过好在后生可畏，竟有中学生也注意到这个问题，并在其老师的指导下进行了实验，还将实验结果上传到网上，这要点个大大的赞！

        目前这个实验记录在“浦东化学在线”，标题是《探究铁燃烧的条件》。该实验中实验者先将铁粉缓慢倒入火中，可以明显看到铁粉发生了燃烧，验证了小铁颗粒是可以在空气中燃烧的。之后实验者并没有停止，又实验了超细铁丝棉，其将超细铁丝放到酒精灯上（此处不需要盘成螺旋状），竟然也可以顺利在空气中点燃。这个实验使人顿消疑窦，小伙子们干得漂亮！        

3、氧气和化合物的反应

【10】氧气除了能和多种单质（非金属和金属）发生反应外，还能和某些化合物，特别是含碳的化合物发生反应。我们知道，木柴、酒精、煤气（在这些物质里都包含有含碳的化合物）等常用作燃料，都能够在空气里燃烧，实际上它们是和空气里的氧气发生反应。

【11】许多食物在空气里腐败，也是食物和空气里的氧气发生反应的结果。【山语：物质的燃烧是剧烈的氧化反应，但还有一种氧化是缓慢氧化。即物质与氧反应进行的很慢，甚至不易被察觉，因此被称作缓慢氧化。缓慢氧化不发光但是会放热。动植物的呼吸、食物的腐烂、醋酒的酿造、农家肥料的腐熟等都属于缓慢氧化。】

【12】从上面这些化学反应，可以看出氧气的化学性质非常活泼，它能和很多物质（单质和化合物）发生反应，在反应的过程里，许多物质在氧气里剧烈地燃烧起来，并放出大量的热。

习题2-2

1、说明氧气的物理性质。

【山答】氧气无色、无味、无嗅，在0℃和1大气压下，1升氧气重1.429克。在增加压强和降低温度时，氧气也能变成液态的甚至固态的。液态氧是一种淡蓝色的液体，它在-183℃时沸腾，并在-219℃时凝成淡蓝色的固体。在20℃和1大气压下，1升水只能溶解0.03升的氧气。

2、分别叙述赤磷、木炭和铁在氧气里燃烧的现象。燃烧以后各生成什么物质？写出它们的分子式。

【山答】

①赤磷在氧气里剧烈燃烧，产生明亮的光，及大量的白烟。生成五氧化二磷P₂O₅。

②木炭在氧气里剧烈燃烧，产生明亮的光。生成二氧化碳CO₂。

③铁在氧气中猛烈燃烧，产生强烈的白光，火花四射，铁丝成白炽状。生成四氧化三铁Fe₃O₄。

3、为什么物质在空气里燃烧不如在纯氧里燃烧那样剧烈？

【山答】空气中含有大量不与物质产生燃烧反应的氮气等气体，从而减少物质与氧气的接触。