資源簡介

為什么把惰性氣體改稱稀有氣體？它們有哪些應用？
1991年，全國自然科學名詞審定員會公布的《化學名詞》中正式規定，把惰性氣體改稱為稀有氣體。其理由在于惰性氣體的“惰性”是相對的。這里的“惰性”指的是惰性氣體都是由最外層有八個電子（氦最外層兩個電子已排滿）的穩定結構的單原子構成。因此，長期以來人們一直認為惰性氣體不可能與其它物質反應生成化合物。但事實并非如此，1962年英國化學家巴特利特（Bartlett）通過實驗，得到了惰性氣體的第一個化合物六氟鉑酸氙（XePtF6）。以后人們又陸續制得了二氟化氙、四氟化氙、二氟化氪等等。但到現在為止，還沒有制得氬、氖、氦的化合物，人們對稀有氣體的研究還在繼續進行。
盡管稀有氣體很不活潑，但是，它們依然在工業、醫學、尖端科學及日常生活中發揮著它們的特長：
1．利用稀有氣體極不活潑的化學性質，在生產中做保護氣。例如，在電燈泡內充入氮氬混合氣體可減少鎢絲的損壞，延長燈泡的使用壽命。除此以外，在半導體工業、原子反應堆的機械加工中以及制造飛機、火箭等工藝中都需用稀有氣體做保護氣。
2．利用稀有氣體在通電時會發出有色光的性質，在電光源中有特殊的應用。例如，五光十色的霓紅燈就是充入了不同比例的氖氣、氬氣、氦氣的緣故。氖燈透霧性強，用于做碼頭、機場的燈標；氙燈發光強度高，被譽為“人造小太陽”。
3．氦氣代替氫氣填充氣球或飛艇不會發生爆炸。
4．用稀有氣體制成多種混合氣體激光器，應用于測量和通訊。
5．用氦氣代替氮氣跟氧氣混合成“人造空氣”供潛水員呼吸，不會發生“氣塞癥”。
6．醫學上應用氙氣做麻醉劑。
稀有氣體的應用十分廣泛，人們還在不斷研究探索，相信稀有氣體還會發揮出更大作用。
為什么說空氣的成分一般是比較固定的？
空氣是多種氣體的混合物。它的恒定組成部分為氧、氮和氬、氖、氦、氪、氙等稀有氣體，可變組成部分為二氧化碳和水蒸氣，它們在空氣中的含量隨地球上的位置和溫度不同在很小限度的范圍內會微有變動。至于空氣中的不定組成部分，則隨不同地區變化而有不同，例如，靠近冶金工廠的地方會含有二氧化硫，靠近氯堿工廠的地方會含有氯等等。此外空氣中還有微量的氫、臭氧、氧化二氮、甲烷以及或多或少的塵埃。
實驗證明，空氣中恒定組成部分的含量百分比，在離地面100km高度以內幾乎是不變的。空氣中恒定組成部分各成分的重量比和體積比見表。
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空氣中主要成分氮和氧相對恒定的原因是自然界各種變化相互補償的結果。
動植物的呼吸、物質的燃燒、動植物的腐爛、鋼鐵的銹蝕都需要耗用大量的氧氣，但是綠色植物在日光下也要進行光合作用，即吸入空氣中的二氧化碳，同時放出氧氣。實驗證明植物放出氧氣的總量比它呼吸時需要氧的量多20倍左右。這就是氧氣量保持相對平衡的原因。
植物生長需要氮元素。氮元素的來源就是空氣中的氮氣。天然固氮主要是靠閃電將氮氣氧化成一氧化氮，一氧化氮進一步氧化成二氧化氮，在雨水中溶解形成亞硝酸和硝酸。進入土壤中轉變為亞硝酸鹽和硝酸鹽。據估計，通過這種途徑，每年可以從大氣中固定約4000萬噸的氮，還有少量氮是通過豆科植物的根瘤菌固定的；人工固氮的主要途徑是用氮氣合成氨。而被固定的氮，又可以被一類叫反硝化細菌的微生物分解成氮氣返回大氣。就這樣，在自然界又完成了另一個循環──氮循環，使得大氣中氮的含量也幾乎保持恒定。
人類是怎樣認識空氣成分的？
多少年來，人類就生活在空氣的海洋中，這個氣海就是我們說的大氣。它包圍著生命的搖籃──地球，吸收了太陽紫外線的大部分，同時使地球表面的溫度保持在一定范圍內。
然而人類弄清楚空氣的性質、成分，也不過只有百年的歷史。空氣的組成、性質之所以長期沒有被人們發現，是因為空氣無色無味，看不見、摸不著，只有當你缺少它的時候，才會意識到空氣是一種物質。
早在18世紀70年代，化學家舍勒和普利斯特里就先后通過試驗發現并制得了一種氣體，就是氧氣。但是，由于兩位科學家受到當時流傳的錯誤理論“燃素”學說的束縛，沒能對實驗結果做出正確的理解，錯過了發現空氣成分的機會。
化學家拉瓦錫在前人實驗的基礎上也進行了空氣成分的實驗研究，他的密閉容器中加熱少量汞，部分變成紅色粉末，此時空氣體積差不多減少了1／5，拉瓦錫對剩余的4／5氣體進行研究，發現這部分氣體既不能供給呼吸、維持動物的生命，也不能支持燃燒。他給它命名為“氮”（拉丁文Nitrogenium，意為不能維持生命）。拉瓦錫又把生成的紅色粉末加強熱，得到了汞和一定量的氣體，他把得到的氣體和上面實驗剩余的氣體相混合，得到與原有體積和性質一樣的空氣。他給這種氣體命名為“氧”（拉丁文Oxygenium，意為成酸的元素）。從而得出“空氣是由氧氣和氮氣組成”的結論。拉瓦錫運用天平作為研究工具。注意實驗中物質質量的變化，并進行分析和判斷是他實驗成功的重要原因。
之后，又有許多科學家不斷研究探索，認識到空氣中除主要存在氮氣和氧氣外，還有少量的稀有氣體及很少量的CO2和水蒸氣及塵埃等。
宇航員為什么要穿宇宙服？
如果宇航員身著西裝遨游太空，他們是無法生存的。其主要原因是特殊的宇宙服能抵擋太陽強紫外線和其它高能宇宙射線的傷害，而西裝自然抵擋不住。
人類生活在地球上則完全沒有必要身著笨重的宇宙服，是因為地球已穿上了一件看不見的龐大的宇宙服，這就是大氣中的臭氧層。
臭氧層距地面約25km，濃度高達10ppm，它能吸收太陽輻射中的大部分紫外線，從而保護了人類和其它生物免受強紫外線的傷害。
如果沒有臭氧層的保護，所有強紫外線全部照射到地面的話，那么，日光曬焦的速度將比烈日之下的夏天快50倍。這意味著在幾分鐘之內，地球上的樹木全被烤焦，所有的飛禽走獸都將被殺死，生機勃勃的世界，就會變成荒涼的焦土。近些年來人們發現，這個與地球生命生死攸關的臭氧層正在遭受著人為因素的破壞。科學家觀測，南極上空已出現臭氧空洞，臭氧減少了30％～40％。衛星監測表明，我們生活的北緯30°～60°范圍內，從1969年至1986年，大氣中臭氧減少了1.7%～3％。
多數科學家認為，臭氧層破壞的原因是人類向空氣中排放了一些有害的物質，如氟里昂（也叫氯氟烴），它是冰箱和其它制冷設備常用的制冷劑。目前，全世界氟里昂年產量為180萬噸，每年排放的氟里昂約為68萬噸。這樣龐大數量的氟里昂排入大氣中，對臭氧層的耗蝕是可想而知的。
目前，國際上正在積極研究，以防止臭氧層的進一步破壞。我國是發展中國家，積極承擔了保護臭氧層的國際義務，探索新的制冷技術，開發無氟冰箱，已取得突破性的進展。真正達到臭氧層不受破壞，必須全球一致行動，保護我們生存的空間。
測定空氣中氧氣約占五分之一體積的實驗
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【用品】鐘罩、水槽、紅磷、燃燒匙。
【操作】在頂部有孔的玻璃鐘罩上配一個插有燃燒匙的橡反塞，蓋在盛有清水的水槽里（如圖）。實驗時，在燃燒匙里放少量紅磷，置酒精燈上點燃，立即插入鐘罩內，并使橡皮塞旋緊，防止漏氣。磷在鐘罩內和空氣中的氧氣化合，生成五氧化二磷，使氧氣耗盡。隨著五氧化二磷溶解于水成偏磷酸(HPO3)，水面逐漸上升，待五氧化二磷全部熔解，水面約可上升到鐘罩內原來水面以上的五分之一容積處（可在實驗前作好標記）。
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這個實驗也可以用圖2所示的裝置來完成。在集氣瓶口上，配一個帶有燃燒匙和玻璃導管的橡皮塞，導管的另一端，伸入盛水的大燒杯里。先在集氣瓶里加少量的水，再把剩余的容積用記號劃成五等分。實驗時，點燃盛在燃燒匙中的磷，立即塞上塞子。隨著磷和氧氣化合以及生成物五氧化二磷的溶解，使瓶內氣體壓強減小，大燒懷中的水就會落入集氣瓶里，也是約五分之一容積。
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空氣之一
(1)通過觀察紅磷燃燒的實驗推斷空氣的成分。
空氣的成分以氮氣、氧氣為主，是長期以來自然界里各種變化造成的。
空氣的成分按體積計算，氧氣占21％，氮氣約占78％。另外還有氦、氖、氬、氪、氙等稀有氣體，以及二氧化碳和其它氣體雜質。
通常計算氣體混合物的百分組成是用體積比而不是質量比。同時，由于各種氣體密度不同，所以氣體的體積分數不等于質量分數。
(2)學習稀有氣體時，要注意它們的“惰性”是相對的，在一般情況下，由于稀有氣體元素的原子具有穩定的結構，因此很難與其它物質發生化學反應，但在一定條件下，有些稀有氣體也能跟某些物質發生化學反應。例如，現已制出的XeF2，KrF4等化合物。
學習稀有氣體用途時，要聯系它們的性質。例如，利用它們一般不跟其它物質發生化學反應的性質，常把它們用作保護氣以隔絕空氣，防止金屬在高溫下跟其它物質起反應，可以充入燈泡，使燈泡經久耐用。又如，那五光十色的霓虹燈就是利用稀有氣體在通電時會發出有色光的特性制成的。
(3)關于空氣的污染和防止污染。
空氣的成分一般來說比較穩定，可是，工業生產排放到空氣里一些有害氣體和煙塵，改變著空氣的成分。應采取保護環境的措施為人類提供清潔的空氣。
空氣之二
(1)空氣由多種物質組成，由于組成空氣的各種氣體（主要是氮氣和氧氣），都是無色無氣味的，因此空氣也是無色無氣味的。但要注意，這是我們在“通常狀況”下觀察的結果。
(2)空氣是人類生命和生活不可缺少的物質。一個成年人，每天呼吸空氣大約2萬多次。吸入的空氣量達15-20m3，為每天所需食物和飲水重量的10倍。生命一時一刻離不開空氣。人在5周內不吃飯，5天內不飲水，尚能生存，而斷絕空氣5min就會死亡。空氣也是人們維持生活所必需的，每天做飯在燃料燃燒時都需要空氣。
在環境科學中，對室內、車間、廠區空氣的污染，稱為空氣污染，而對區域性空氣污染，則稱為大氣污染。
人類從事生活和生產活動，向大氣排放各種污染物，例如，煤燃燒產生的煙，石油化工廠排放的廢氣，汽車排氣形成的煙霧等等。污染物超過了環境所能允許的極限，就會使大氣的質量發生惡化，對人們的生活、健康、建筑物等直接或間接破壞或產生惡劣影響，這種現象稱為大氣污染。當前一些城市的大氣污染日益嚴重，給人類造成很大的危害。因此，在發展工業的同時，一定要把大氣污染的防治提到議事日程，采取措施，防止大氣污染，保護環境，為人類生活提供清潔的空氣。
(3)空氣中的氧氣、二氧化碳和水蒸氣，能與多種物質發生作用，在使用或保存化學藥品時應考慮到這些因素。
(4)不要把氮氣化學性質的相對穩定性和稀有氣體化學性質的穩定性相提并論。稀有氣體的化學性質比氮氣或其他物質都穩定。
空氣之三
空氣看不到摸不著，是沒有顏色，沒有氣味的混合氣體。空氣是養育著人類和萬物的一座天然寶庫。人和動物每時每刻都要從空氣中吸取氧氣，植物的光合作用要吸收空氣中的二氧化碳，氮氣可以轉化成植物生長所需要的養分，空氣中水蒸氣的變化影響著全球的氣候。高層大氣中存在著臭氧，它吸收了太陽光中的大部分紫外線，保護了人和一切生物。
在原始的綠色植物出現以前，大氣主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨氣組成。在綠色植物出現以后，植物光合作用吸進二氧化碳放出氧氣，使原始大氣中的一氧化碳氧化成二氧化碳，甲烷氧化成水蒸氣和二氧化碳，氨氧化成氮氣和水蒸氣。由于植物的光合作用持續進行，大氣中的大部分二氧化碳逐漸被植物吸收，終于形成了以氮氣和氧氣為主要成分的空氣。
氮氣是空氣中含量最多，化學性質不活潑的氣體。英國科學家卡文迪許在1772年曾經分離出氮氣，把它稱為“窒息的空氣”。同年普利斯特里通過實驗證明空氣中有五分之四的氣體比空氣輕，不助燃，也不維持生命，這就是氮氣。氮氣的希臘文原意是“不能維持生命”。
氧氣是空氣中化學性質活潑的氣體。人和動物的呼吸作用及各種可燃物的燃燒都要消耗氧氣，而植物的光合作用又放出氧氣，從而使空氣中氧氣的含量幾乎保持恒定。
空氣中還有稀有氣體。隨著科學技術的發展，稀有氣體的用途越來越廣泛。空氣中氮氣、氧氣、稀有氣體的含量幾乎保持不變，是空氣中相對比較恒定的成分。
空氣中的可變成分是二氧化碳和水蒸氣。空氣中二氧化碳含量約在0.03%～0.04%。工礦區二氧化碳含量高。隨著工業的發展，燃料消耗的增加，空氣中二氧化碳的含量正在逐年增加，對世界氣候產生了不可忽視的影響。
水蒸氣的含量從兩極到熱帶相差很大。其含量也影響著世界各地的氣候和降水量。
此外在工礦區的空氣中還含有少量的氨氣、酸氣以及微量的氫氣、臭氧、甲烷等氣體。灰塵、煙塵是空氣中固體懸浮雜質。空氣中這些雜質含量雖小，危害卻很大。
總之，空氣的成分是比較穩定的。隨著離地面高度的增加，空氣的密度會逐漸減小，但百分組成仍保持不變。干燥空氣的組成見表1。
地球有強大的吸引力，80％的空氣集中在離海平面15km的范圍內。這一空氣層對人類的生活、生產影響很大。空氣是寶貴的自然資源，從液態空氣分餾出來的氮氣、氧氣和各種稀有氣體，在工農業生產和國防建設中有著廣泛的應用。
氮氣可以充燈泡，作焊接金屬的保護氣。豆科作物的根瘤菌具有特殊的固氮能力，它能巧妙地把空氣中的氮氣轉化為植物能吸收的氮肥。化學家正在努力研究生物固氮的奧秘。
由于工業發展，燃料的消耗不斷增長，燃燒產生的大量廢氣、煙塵污染了空氣。污染空氣的有害物質主要有硫的氧化物、氮的氧化物、一氧化碳、粉塵、碳氫化合物、硫化氫以及酸霧、油霧等。在有些工業發達國家出現的光化學煙霧事件奪走了成千上萬人的生命。有的國家甚至把新鮮空氣作為商品出售。因此保護環境，以確保人類能夠呼吸到新鮮干凈的空氣，已成為全人類所面臨的重大課題。
從發現稀有氣體時起，化學家就力圖使稀有氣體跟其它元素化合。直到1862年巴特列特用氟氣與氙氣化合制出四氟化氙晶體以后，氪、氡等多種稀有氣體化合物才相繼制備出來。這些化合物的制備成功，說明稀有氣體的惰性是相對的。因此才把“惰性氣體”的名稱改為“稀有氣體”或“空素”。
稀有氣體的主要用途及拉丁文原意見表2。
空氣成分的體積分數和質量分數是一回事嗎？其間有什么聯系？
體積分數表示混合物中某一純物質的體積與混合物的體積之比，通常用小數或百分數表示,符號為。如1體積甲烷與2體積氧氣的混合氣中
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質量分數表示物質中某一成分的質量與該物質總質量之比，通常也用小數或百分數表示，符號為ω，指的是質量關系。
顯然，空氣中各成分的體積與質量分數不是一回事。空氣的成分通常是按體積分數計算。
體積分數與質量分數可以通過氣體的密度（ρ）相互轉化。如已知標準狀況下空氣的密度為1.293g/L，氧氣的密度為1.429g/L，如何求空氣中氧氣的質量分數？
可以根據題意設空氣為100L，則V（O2）＝21L
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空氣污染有哪些嚴重的危害？怎樣防治？
在當今世界上，大氣環境問題已經成為一個舉世矚目的全球性問題。酸雨、臭氧層破壞、“溫室效應”等造成的環境污染和生態破壞已波及地球的各個角落，對經濟的發展、社會的安定和人類的生存構成了嚴重的威脅，人類面臨著大氣污染的挑戰。
所謂空氣污染就是受某種自然或人為的因素影響，改變了空氣的平衡組成，并且超過了大氣的自凈能力，對人體、動植物和建筑物產生不良影響。污染源主要是煤和石油的燃燒、汽車尾氣及工業生產過程中泄漏或排放出的粉塵和廢氣等。其中對大氣污染威脅較大的污染物主要有粉塵、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、氟和氟化氫、烴類、硫化氫、氨和氯氣等。
空氣污染的危害主要表現在三個方面：
1．對人體健康的危害
大氣污染物一般經呼吸道進入人體，少數可通過消化道或皮膚進入人體，有些經食物或飲水間接進入人體，一般可引起感官和生理機能的不適反應，誘發慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫或肺癌等疾病。1952年在倫敦發生了倫敦煙霧事件，大氣中煙塵的最高濃度達到4.46mg/m3，二氧化硫日平均濃度1.34ppm。由于持續時間達4.5天之久，倫敦死亡人數達4000人之多；我國北方有的城市從1949年到1979年30年間，癌癥死亡率增加145％，已上升為死因的第二位，其中與大氣污染的有關肺癌數量最多。
2．對植物的危害
大氣污染物濃度超過植物的承受限度，會使植物的細胞和組織器官受到傷害，生理功能和生長發育受阻，農作物產量下降，產品品質變壞；群落組織發生變化，甚至造成植物的個體死亡、種群消失。
3．對器物的危害
空氣污染加速金屬的腐蝕，各種大理石建筑材料腐蝕后失去光澤，出現坑洼不平、脫落石片；橡膠加速老化、脆裂、強度下降；電線絕緣體漏電；皮革制品使用壽命縮短，2～3年內開始脆化等等。
防治的方法主要有：全面規劃，工業區的建設要合理布局；控制污染源，盡量減少排放，改進工藝，回收廢氣，綜合利用；綠化造林凈化空氣；采取必要的行政管理措施，加強監測、監督。

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