空气是混合物，不是化合物
混合物是两种或多种物质混在一起，但没有发生化学反应结合在一起。空气就是混合物。我们怎么知道呢？
- 每种气体的量可以变化。拥挤的房间里二氧化碳更多，海面上的空气水蒸气更多。而化合物的组成永远是固定的。
- 每种气体都保留自己的性质。空气中的氧气仍然能助燃，空气中的氮气仍然不能。
- 这些气体可以用物理方法分开。把空气冷却到大约−200 °C，它会变成液体。再慢慢升温，每种气体会在自己的沸点依次沸腾逸出（分馏）。氮气在−196 °C沸腾，氩气在−186 °C，氧气在−183 °C。
- 把气体混合成空气时，不会放出热或光，这和生成化合物不一样。
空气中有哪些气体？
在干燥、洁净的空气中（按体积计算）：
| 气体 | 百分比 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 氮气，N₂ | 约78% | 稀释氧气；植物通过土壤细菌获得氮；用来制造化肥 |
| 氧气，O₂ | 约21% | 呼吸（细胞呼吸）和燃烧 |
| 氩气，Ar | 约0.93% | 不活泼的稀有气体 |
| 二氧化碳，CO₂ | 约0.04% | 植物光合作用要用它；能留住热量 |
| 氖、氦、氪、氙 | 极少量 | 稀有气体 |
水蒸气没有列在表里，因为它的含量会变：沙漠里几乎是0%，潮湿的热带雨林里可达约4%。空气中还带有灰尘、花粉和微生物。
稀有气体：性质和用途
氦、氖、氩、氪和氙是稀有气体（第18族）。它们的原子最外层电子是满的，所以几乎不发生反应。它们没有颜色，也没有气味。
- 氩：充入白炽灯泡，也在焊接时保护高温的金属，使金属不会烧坏。
- 氦：很轻而且不会燃烧，所以用于气象气球和节日气球。
- 氖：通电时发出红橙色的光，用在广告霓虹灯上。
- 氪和氙：用于明亮的灯，比如汽车前灯和灯塔的灯。
测定空气中的氧气
思路：封住一定体积的空气，只用掉其中的氧气，再看体积缩小了多少。
方法一：铁生锈
把湿的铁丝绒推到量筒的顶部，把筒倒扣在水中。几天后铁会生锈。生锈要用掉氧气，所以水会升进管里补上它的位置。水面最后停在空气体积的约1/5（21%）处。
方法二：燃烧磷（钟罩）
在立于水中的钟罩里燃烧红磷。磷和氧气反应，生成白色的固体氧化物，它会溶于水。钟罩冷却后，水大约上升到1/5的高度。
方法三：加热的铜和两个注射器
用两个气体注射器，把100 cm³空气来回推过加热的铜。铜吸收氧气后变成黑色（氧化铜）。冷却后剩下约79 cm³，所以大约21 cm³是氧气。
氧气的百分比 = （用掉的体积 ÷ 开始的体积）× 100。剩下的气体不助燃：燃着的木条放进去会熄灭。这说明剩下的主要是氮气。
空气污染：来源、危害和防护
污染物是进入空气后会伤害生物或建筑物的物质。
| 污染物 | 主要来源 | 危害 |
|---|---|---|
| 颗粒物（PM2.5、PM10、烟灰） | 柴油发动机、焚烧秸秆、灰尘 | 深入肺部；引起哮喘、心脏病；形成雾霾 |
| 一氧化碳（CO） | 空气不足时燃料燃烧；汽车尾气 | 有毒：使血液无法运送氧气 |
| 二氧化硫（SO₂） | 燃烧含硫的煤和石油 | 酸雨；引起呼吸困难；腐蚀大理石 |
| 氮氧化物（NO、NO₂） | 高温的汽车发动机；发电厂 | 酸雨；雾霾 |
| 过量的CO₂、甲烷 | 燃烧化石燃料；农业养殖 | 留住热量：全球变暖 |
保护空气
- 乘公共交通、骑自行车或步行；改用电动车和天然气（CNG）车。
- 汽车里的催化转化器能把CO和NO变成CO₂和N₂。
- 洗涤器可以除去发电厂烟气里的SO₂；使用低硫燃料。
- 不要焚烧垃圾或秸秆；多种树；留意空气质量指数（AQI），空气差的日子戴口罩。
在家试一试
把一小团湿的钢丝球（洗锅用的那种）推到一个高玻璃杯的底部。把杯子倒扣在盛水的盘子里。用胶带标出水位。3天后再来看。水会上升到杯中空气部分的大约五分之一。你刚刚测出了空气中的氧气！（请大人帮忙，不需要用火。）
重点公式和概念
- 空气的体积组成：N₂ ≈ 78%，O₂ ≈ 21%，Ar ≈ 0.93%，CO₂ ≈ 0.04%
- 氧气的百分比 =（用掉的氧气体积 ÷ 空气的起始体积）× 100
- 空气中某气体的体积 = 总体积 ×（百分比 ÷ 100）
- 混合物：各部分没有化学结合；比例可以变化；可用物理方法分离
- 稀有气体（第18族）：He、Ne、Ar、Kr、Xe – 最外层电子是满的，非常不活泼
例题讲解
1. 一间教室里有200 m³的空气。其中大约有多少是氧气？
氧气约占21%，200 m³的21% = 0.21 × 200 = 42 m³。
2. 在铜的实验中，100 cm³的空气缩小到79 cm³。求氧气的百分比。
用掉的氧气 = 100 − 79 = 21 cm³。百分比 = 21 ÷ 100 × 100 = 21%。
3. 一根管子里有50 cm³的空气。铁丝绒生锈后，剩下40 cm³的气体。空气中氧气占百分之几？这接近真实值吗？
用掉 = 50 − 40 = 10 cm³。百分比 = 10 ÷ 50 × 100 = 20%。是的，接近21%（小误差来自读刻度，或者铁没有用完全部氧气）。
4. 为什么灯泡里用氩气而不用氧气？
氧气会让发热的灯丝烧断。氩气是稀有气体，不会发生反应，所以灯丝更耐用。
常见错误
- 说空气主要是氧气。空气主要是氮气（78%），氧气只有约21%。
- 把空气叫作化合物。它是混合物：组成可以变化，各种气体可以用物理方法分开。
- 以为二氧化碳在空气中占很大一部分。它只有约0.04%，虽然它对气候非常重要。
- 用最后的体积代替用掉的体积：氧气% =（开始 − 最后）÷ 开始 × 100。