國中自然與生活科技學習領域 二上 第二章 空氣—重要的氣體物質

2-1 空氣的成分 空氣的基本性質 空氣是一種無色、無味、無臭的氣體，具有【質量】，占有【空間】。 如下圖所示，取兩個同樣大小的氣球，吹脹後將氣球口打結，脹起來的氣球顯示氣球占有空間，將兩個吹脹的氣球分別置於天平的左、右兩盤，在較輕的一邊，加一些細砂，使天平平衡，然後將其中的一個氣球洩氣，再將洩氣的氣球放回原來的秤盤，結果脹氣的氣球比較重，表示空氣具有【質量】。 兩個吹脹的氣球保持平衡 一個吹脹一個洩氣的汽球

空氣的組成 地球表面圍著一層厚 度達一千公里的空氣，稱做大氣層。 地球表面圍著一層厚 度達一千公里的空氣，稱做大氣層。 空氣是【混合物】，含有【氮氣78％】、【氧氣21％】、【氬氣0.9％】、【水氣】、【二氧化碳】、【臭氧】 等。 氮氣78% 氧氣21% 氬氣0.9% 其他(水.二氧化碳.臭氧惰性氣體)

【氮氣】化性不活潑，約占空氣體積的五分之四；【氧 氣】約占空氣體積的五分之一，可幫助物質燃燒。 【氬氣】可填充電燈泡防止燈絲氧化。 氮氣、氧氣、氬氣在大氣中【含量固定】；水氣、二氧化碳、臭氧所占比例雖然小，且會隨【地點】、【氣候】而有所變動，但是對生物的生存環境卻有很大的影響。

惰性氣體（鈍氣） 氦（He）：僅次於氫氣的最輕氣體，可取代氫氣用來填充氣球；也可與氧氣混合用於潛水，以預防潛水夫病。 氖（Ne）：最早被發現的惰性氣體，可用霓虹燈的填充氣體發出有色光，可穿透煙霧。 氬（Ar）：含量最多的惰性氣體，可充入鎢絲燈泡，以防止氧化及氣化。 氪（Kr）和氙（Xe）：用於高速攝影的閃光管。 氡（Rn）：自然界不存在的一種氣體，具放射性，可用於放射性醫療。

2-2 氧氣(o2) 一種養生的氣體，由法國科學家【拉瓦節】命名。 空氣中含量【第二】，約占空氣體積的【21％】，無色、無味、無臭，能助燃。 化學性質活潑，能與鐵、線香、蠟燭或瓦斯發生【氧化作用】，生成【氧化物】。 汙水處理及河川再生。 工業上煉鋼、製鋼以及製造藥品。 醫院急救及實驗室實驗。 液態氧（-183°Ｃ）是火箭的助燃劑。

氧氣的主要用途 工業上煉鐵、製鋼及製造藥品 污水處理及河川再生 液態氧(沸點為-183°C)為火箭助燃劑 醫院醫療以及急救 氧氣用於急救 以液態氧為助燃劑的火箭

氧氣的製備 在有側管的錐形瓶內加【二氧化錳】，加水少許，使水高過【薊頭漏斗】的【底部】。由薊頭漏斗慢慢加入【雙氧水】，則有氣體產生，此氣體即為【氧氣】。 反應式：雙氧水 → 氧＋水。　 二氧化錳【黑色】在此稱作【催化劑】，可使反應速率加快。

因為氧氣【難】溶於水，故用【排水集氣法】收集。且氧氣比空氣【重】（密度較大），故收集後的氣體最好 【正立】於桌面上。 最初產生的氣體含有【空氣】，不必收集。 本反應是【放熱】反應，故錐形瓶溫度會【上升】。 若產生氧氣太快，應將導管暫時【移出水面】。

燃燒與氧氣的助燃性 燃燒：物質劇烈與氧的化合（氧化反應），同時放出【光】與【熱】的化學變化。 生鏽：含鐵的物質【緩慢】的氧化作用。 物質燃燒通常需要氧氣，但有些物質可在其它氣體中燃燒。（鐵與氯燃燒）

碳＋氧→二氧化碳，產生【紅黃色】的光 碳 + 氧 二氧化碳 二氧化碳 + 水 碳酸 木炭在空氣中燃燒情形 木炭在氧氣中燃燒情形

硫＋氧→二氧化硫（刺鼻臭味），發出【淡藍色】（空氣中）或【藍紫色】（純氧中）的光。 硫 + 氧 二氧化硫 二氧化硫 + 水 亞硫酸 硫在空氣中燃燒情形 硫在氧氣中燃燒情形

鎂＋氧→氧化鎂，產生強烈【白光】 鎂 + 氧 氧化鎂 氧化鎂 + 水 氫氧化鎂 鎂在空氣中燃燒情形 鎂在氧氣中燃燒情形

鐵＋氧→氧化鐵，火花四處飛濺 鐵 + 氧 氧化鐵 鋼絲絨在空氣中燃燒情形 鋼絲絨在氧氣中燃燒情形

氧化物水溶液的酸鹼性 【非金屬氧化物】溶於水後，水溶液呈【酸性】，石蕊試紙變【紅色】。 【金屬氧化物】溶於水後，水溶液成【鹼性】，石蕊試紙變【藍色】。 二氧化碳＋水→碳酸，使石蕊試紙變紅色，酸性，且能使澄清石灰水變【白色混濁】（碳酸鈣）。 二氧化硫＋水→亞硫酸，使石蕊試紙變紅色，酸性。 氧化鎂＋水→氫氧化鎂，使石蕊試紙變藍色，鹼性。 氧化鐵（黑色）不溶於水，故石蕊試紙不變色。

氮氣（N2） 空氣中體積含量占【第一位】，約為總體積的【78％】，是一種無色、無味、無臭的氣體。 化學性質不活潑，【不可燃】也【不助燃】，在室溫下幾乎不與其他物質發生反應。

氮氣的主要用途 食品包裝隔絕空氣以便免氧化以及發霉之用 和成重要合成物，例如:氨 液態氮(沸點為-196°C)用於低溫冷凍 氮氣分子模型 氮氣的主要用途 食品包裝隔絕空氣以便免氧化以及發霉之用 和成重要合成物，例如:氨 液態氮(沸點為-196°C)用於低溫冷凍 製造農業上需要的氮肥

氬氣（Ar） 空氣中體積含量占【第三位】，約為總體積的【0.9％】，是一種無色、無味、無臭的氣體。 化學性質極不活潑，即使在高溫下都不易與其他物質發生化學變化。

氬氣（Ar） 填充氬氣的霓虹燈 氬原子 氬氣的主要用途 填充電燈泡防止燈絲氧化 焊接金屬時防止金屬與氧氣反應 霓虹燈的發光材料

二氧化碳（CO2） 無色、無味、無臭的氣體，【略】溶於水，形成【碳酸】，水溶液呈酸性。 不能幫助物質燃燒，比空氣【重】（密度較大）。 二氧化碳可與【石灰水】反應產生【白色】的【碳酸鈣】沉澱。

固態的二氧化碳俗稱【乾冰】，在常壓下會直接由固態變為氣態，這種現象稱為【昇華】。 乾冰昇華時會吸收熱量，周圍空氣因而凝結成【液態小水滴】，常用來製造舞台煙霧效果。 乾冰 二氧化碳分子

將二氧化碳通入澄清的石灰水中，會形成混濁的溶液，是簡易的二氧化碳檢驗法。 二氧化碳的 主要用途 加壓溶於水中，可製成汽水 可以覆蓋火焰、隔絕空氣，用來滅火 乾冰及液態二氧化態可作為食品【冷凍劑】

臭氧（O3） 呈淡藍色，有刺鼻味， 屬於不安定的氣體，具有很強的【氧化能力】。 臭氧層可保護地表生物，免於受陽光中強烈 【紫外線】的傷害（過度照射會引起皮膚癌） 臭氧分子 臭氧的 主要用途 強氧化力可作為食品的殺菌劑 可代替氯氣作為自來水的【消毒劑】

空氣汙染 十八世紀【工業革命】後，機器取代人力，【石油】、 【煤炭】、【天然氣】的使用造成【空氣汙染】。 空氣汙染物包括【一氧化碳】、【二氧化碳】、【氮氧化合物】、【臭氧】等氣體及【懸浮微粒】（塵埃），這些汙染物主要來自工廠和汽車排放的廢氣。

空氣污染指標（PSI） 根據上述五種污染物的濃度對人體健康程度的影響而訂。當污染指數超過【100】，代表空氣品質不良，對人體健康會有所影響。臺灣地區空氣品質不良的最大指標汙染物是【臭氧】及【懸浮粒子】。 PSI值對健康的影響： 空氣污染指標 0~50 51~100 101~199 200~299 300以上 對健康的影響 良好 普通 不良 非常不良 有害 狀態圖示

臭氧（O3）：離地約25公里的臭氧層可有效防止【紫外線】的入侵，然而地表附近的臭氧卻會造成空氣汙染。臭氧具【強氧化力】，對呼吸系統有刺激性，易引起咳嗽、氣喘和頭痛。 懸浮粒子：道路揚塵、車輛排放廢氣、露天燃燒都會產生大量的【灰塵】，顆粒大者易沉降，顆粒較小者則會長時間停留在空氣中，形成【懸浮微粒】。粒徑小於【10微米】者，易藉由呼吸進入人體肺部，如果粒子附著其他汙染物，更會加深對呼吸系統的傷害。

一氧化碳（CO）：汽油、燃料油與液化石油等化學燃料，在【氧氣不足】的環境下燃燒，會產生一氧化碳。由於一氧化碳與【血紅素】的親和力比氧氣大很多，易造成缺氧，並產生中毒現象。

二氧化硫（SO2）：化石燃料中含有【硫化物】，硫與空氣中的【氧】結合，生成【二氧化硫】，會損害人體的支氣 管。 二氧化硫與空氣中的【水】結合成【亞硫酸】，使雨水略帶【酸性】。 氮氧化物（NOx）：汽機車引擎溫度極高，在汽油燃燒過程中，空氣中的【氮】或【氮化物】，與氧結合形成【氮氧 化物】，對人體有害。 二氧化碳（CO2）：與水結合形成【碳酸】，使雨水略帶【酸性】。 鉛汙染：普通汽油燃燒後的產物（因汽油含四乙基鉛）。 烏煙瘴氣的現象是空氣附著上【碳】、【氮】和【硫】的氧化物及【石油】成分。

空氣汙染的影響與防治 酸雨會【腐蝕】大理岩古蹟、建築物。 酸雨會【酸化】土壤，影響植物生長。 酸雨會改變河川的【酸鹼值】，影響水中生物的生存。 空氣汙染物會傷害人體的支氣管。 制訂較高的廢氣排放標準與全面改用無鉛汽油。 酸雨對古蹟的危害