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2.3 “無用空氣”的大作用

我們周圍的空氣是個“大雜院”,里面有氮、氧、二氧化碳、氫、氖以及水蒸氣等。其中最多的是氮氣,它占空氣總體積的78.16%,氧氣只不過占空氣總體積的20.99%。而二氧化碳、氫、氖和水蒸氣等所占的體積同氮氣相比,那就是小不點了。純凈的氮氣,在常溫下是無色無味的氣體,比空氣稍輕一些。在-195.8℃時,氮氣成為無色的液體。如果溫度下降到-210℃以下,液體氮還會凝結為雪花般的白色晶體。在生產中,通常采用灰色鋼瓶盛放氮氣。

氮氣的性質很不活潑,既不像氫氣那樣能燃燒,又不像氧氣那樣能助燃,平時也很難同別的物質結合在一起。人類認識氮氣經過了一個漫長的歷史過程。在很長時期里,人們以為空氣是一種單一元素,直到1771年,瑞典化學家舍勒發現空氣中有兩種成分,一種成分能助燃,舍勒叫它“火氣”;一種成分不能助燃,舍勒叫它“無用空氣”。后來,科學家們又發現,“無用空氣”也不是單一的成分,它含有多種氣體,其中絕大部分是氮氣。

自氮氣發現以后,科學家們還繼續做了大量實驗,證明了氮主要以單質狀態存在于空氣中,約占空氣體積組成的78%。對氮氣的不斷研究,大大促進了人們對氮元素的認識和利用。

盛放氮氣的鋼瓶

氮氣雖然不能助燃,也不能幫助呼吸,但它在工業、農業、國防、醫藥以及人們的生活中有著極為重要的作用。

比如,農業上使用最多的是氮肥;用氮氣填充糧倉可以使糧食不霉爛、不發芽、可以長期貯存。

博物館里的貴重書畫,常保存在充滿氮氣的密閉容器中,防止蛀蟲的生存,避免氧氣對書畫的氧化作用。

在醫療上,分餾液態空氣得到的液氮可作為深度制冷劑,用于治療一些皮膚病,甚至癌癥,凍死病變細胞。另外,許多藥物(如常用的磺胺類藥物,心臟病患者急救用的硝酸甘油等)也都是含氮化合物。氮還可以制備聯胺及重要的氮化物和氰化物,這些物質在化工方面又有很多用途。

氮在工業上的用途也很廣泛。由氮制成的硝酸,可以制造炸藥;鋼經過氮化處理后,表面形成了一層堅硬的合金氮化物,鋼的硬度、耐磨性和抗疲勞性都有所提高,還有較強的抗腐蝕性及熱硬性。氮提高了鋼的性能,擴大了鋼的用途。可以這樣說,氮是人們不可離開的朋友。

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易混淆概念

在氧化還原反應中有4對概念易混淆,它們是:氧化反應與還原反應;氧化性與還原性;氧化劑與還原劑;被氧化與被還原。這些概念均對反應物而言,它們之間的關系如下:

物質得氧→發生氧化反應→具有還原性→是還原劑→被氧化。

含氧化合物失氧→發生還原反應→具有氧化性→是氧化劑→被還原。

此外,還有一對概念——氧化產物與還原產物,是對生成物而言的。以氫氣還原氧化銅的反應為例(H2+CuOCu+H2O),氫氣得到氧,發生氧化反應,氫氣具有還原性,是還原劑,反應中氫氣被氧化,氧化產物是水;氧化銅失去氧,發生還原反應,氧化銅具有氧化性,是氧化劑,反應中氧化銅被還原,還原產物是銅。

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