空气和水_物理及化学特性

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1、武汉理工大学计算机学院张能立2009-12-1如何学科学1、首先学科学精神科学精神2、其次学科学知识1、探索2、质疑3、逻辑4、实证科学小实验：能升空的气球问题：气球为什么能升空呀？答案：气球里面的空气向下喷射时，气球自身获得了向上的“反作用”力，这个“反作用”力推动气球往上运动。科学规律：动量守恒定律火箭原理与气球升空原理相同。问题：什么是空气？空气是指地球大气层中的气体混合。它主要由78%的氮气、21%氧气、还有许多稀有气体和杂质组成的混合物。表：干燥空气在海平面的主要成分气体化学式体积比质量比氮N278.084%75.

2、518%氧O220.942%23.135%氩Ar0.934%1.288%二氧化碳CO20.038%0.058问题：历史上，哪个科学家首先发现空气是由多种气体组成的？长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡（1743-1794）通过实验首先得出了空气是有氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。在自然状态下空气是无味无臭的。法国科学家拉瓦锡—著名的“钟罩实验”拉瓦锡把少量的汞（水银）放在密闭的容器里，连续加热达十二天之久，结果发现有一部分银白色的液

3、态汞变成了红色的粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了五分之一。拉瓦锡研究了剩余的那部分空气，发现这部分空气既不能供给人类及动物呼吸来维持人类及动物的生命，也不能支持可燃物的燃烧。这种气体后来被人们称之为氮气。拉瓦锡再把汞表面上所生成的红色粉末（现已证明是氧化汞）收集起来，放在另一个较小的容器里经过加热后，得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气的那部分体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的约五分之四体积的气体里去，结果得到的气体同空气的物理性质、化学性质都完全一样。通过这些实验拉瓦锡得出了空气

4、是由氧气和氮气所组成的这一结论。拉瓦锡与夫人的照片拉瓦锡（1743年8月26日－1794年5月8日），法国化学家、生物学家。他创立氧化说以解释燃烧等实验现象，指出动物的呼吸实质上是缓慢氧化。他倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律。他提出规范的化学命名法，撰写了第一部真正意义的化学教科书。这些划时代贡献使得他成为历史上最伟大的化学家之一。但是由于他的税务官职务，在法国大革命中被斩首。后世尊称为化学之父。有没有哪个同学，能从拉瓦锡空气实验中体会到“科学精神”？科学精神：探索、质疑、逻辑、实证1、探索：拉瓦锡出生在一个律

5、师家庭。家人欲要他当律师，但他本人却对自然科学更感兴趣。1761年他进入巴黎大学法学院学习，获得律师资格。课余时间他继续学习自然科学，从鲁埃尔那里接受了系统的化学教育。2、质疑（1）、世界万事万物是由什么东西组成的呢？古代中国：万事万物由“金、木、水、火、土”组成，这是由诸子“六家”（阴阳家、儒家、墨家、名家、法家、道家）中的“阴阳家”提出来的。万物的变化也是按照“金、木、水、火、土”来。（“奉天承运、皇帝诏曰”）（2）、古代西方：在古希腊（公元前800年-公元前146年）哲学家恩培多克勒认为：万事万物是由“土、气、水、火”

6、组成，“爱”使所有元素聚合，“恨”使所有元素分裂。这种观点在相当长的一段时间内影响着人类科学的发展。（3）、古希腊人们普遍认为空气是单一元素。（4）、“燃素说”--为了解释“燃烧”这一常见的化学现象，德国医生斯塔尔提出燃素说，认为物质在空气中燃烧是物质失去燃素，空气得到燃素的过程。燃素说可以解释一些现象，因此很多化学家包括普利斯特里和舍勒等人都拥护这一说法。普利斯特里更是将自己发现的氧气称为“脱燃素空气”，用来解释物质在氧气中燃烧比空气中剧烈。但是燃素说始终难以解释金属燃烧之后变重这个问题。一派人索性认为这是因为测量的误差导

7、致，另一派比较极端的燃素说维护者甚至认为在金属燃烧反应中燃素带有负质量。（5）、拉瓦锡依据已有的事实，敢于怀疑“燃素说”，于是就动手做了著名的“钟罩实验”。3、逻辑在“钟罩实验”中，随着液态的汞被加热，空气被汞“吸收”（氧化）了，一方面容器内的空气减少了，另外一方面有固态粉末出现（氧化汞）。但给汞加热超过一定时间后，再怎么给汞加热，容器内的空气不继续减少，也没有新的粉末出现。如果，空气是单一成分的话，这种现象从逻辑上是矛盾的。因此，空气至少是由两种成分组成的：（1）、容器内剩下的气体，这种气体成分不活泼（惰性，氮气）（2）、

8、被液态汞“吸收”（氧化）的气体（活泼、氧气）。4、实证（1）、液态汞被加热，容器内空气减少了20%（2）、固态汞粉末（氧化汞）被加热，产生的气体（活泼、氧气），体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气的那部分体积。（3）、把得到的氧气加到前一个容器里剩下的约五分之四体积的气体里去，结果得到的