地球：大气
基础空气是氮、氧、氩和二氧化碳组成的混合物；工业上先液化空气再分馏，利用沸点差异分出氮和氧，过程属物理变化；氧可用带火星木条复燃来检验。
- 空气（按体积）：氮 78%、氧 21%、氩 0.9%、二氧化碳 0.04%，是比例不定的混合物
- 制氧流程：除去二氧化碳和水汽，压缩冷却液化，再入分馏塔升温分离
- 沸点：氮 −196°C、氧 −183°C；沸点较低的氮先汽化，从塔顶蒸出
文体小知识：科学知识说明文——以数据和实例说明空气的成分、分馏液态空气的原理与氧的试验，是化学科的第一课。
§课文原文 Passage
1大气是包围地球的气体层，也是重要的化学资源。干燥空气按体积计算，氮气约占 78%，氧气约占 21%，氩气约占 0.9%，二氧化碳约占 0.04%，另有少量水汽和贵气体。各成分的比例并不固定，空气因此属于混合物，可以用物理方法把成分分离出来。
2工业上制取氮和氧，先除去空气中的二氧化碳和水汽，再反复压缩并冷却至约摄氏零下 200 度，使空气变成液态空气。液态空气送入分馏塔缓慢升温：氮的沸点是摄氏零下 196 度，比氧的摄氏零下 183 度低，因此氮先汽化，从塔顶蒸出，液态氧留在塔底收集。
3分馏只是把空气原有的成分分开，过程中没有新物质生成，属于物理变化。所得氧气可供医院病人呼吸、帮助钢铁厂炼钢；氮气用于制造化肥和食品保鲜包装；氩气则用来填充灯泡和作焊接保护气。可见不少日常物料都源自大气。
4化学家依靠试验鉴定气体：把带火星的木条放进集气瓶，若木条复燃，瓶内气体便是氧。检验二氧化碳则把气体通入石灰水，石灰水变乳浊。此外，二氧化硫和二氧化氮等空气污染物会造成酸雨，损害生态；监察空气质素与善用大气资源，都是学习化学的应有态度。
1重点摘要 Summary
空气是氮、氧、氩和二氧化碳组成的混合物；工业上先液化空气再分馏，利用沸点差异分出氮和氧，过程属物理变化；氧可用带火星木条复燃来检验。
2生字卡 Vocabulary
利用液体混合物中各成分沸点不同，把它们先后蒸出并分离的方法。
空气经压缩和冷却至约摄氏零下 200 度后形成的液体，是分馏的原料。
液体沸腾时的温度；氮为 −196°C，氧为 −183°C。
没有新物质生成的变化，如分馏液态空气；成分的化学本质不变。
空气中占约 78% 的无色气体，化学式 N₂，化学性质不活泼，用于制造化肥。
空气中占约 0.9% 的贵气体，化学性质极不活泼，可填充灯泡。
把带火星的木条放进气体中，木条复燃即证明是氧。
已熄灭但仍留有余烬的木条，是检验氧的标准工具。
令空气质素下降的物质，如二氧化硫、二氧化氮和悬浮粒子。
由两种或以上物质混合而成、成分比例不固定的物质，如空气。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：空气的成分干燥空气按体积计算，氮气约占 78%，氧气约占 21%，氩气约占 0.9%，二氧化碳约占 0.04%，余下是水汽和其他贵气体。举个例子：一瓶 100 升的干燥空气，约含 78 升氮气和 21 升氧气，二氧化碳只约 0.04 升，可见各成分含量相差极大。空气各成分的比例会随地点和天气轻微变化，因此空气属于混合物而不是化合物，这是本课第一个重要判断，也是 DSE 常考的概念题。
- 第二步：把空气变成液态空气空气中的二氧化碳和水汽在极低温会凝固，堵塞仪器，所以工业上先把它们除去，再反复压缩空气并冷却至约摄氏零下 200 度，空气便液化成淡蓝色的液态空气。以工厂为例：压缩机先把空气加压，冷凝器把热量带走，液化后的空气储存在隔热容器中，准备送入分馏塔。液化本身也是物理变化，只是粒子间的距离缩小，并没有生成任何新物质。
- 第三步：分馏塔内的沸点竞赛分馏的原理是利用各成分沸点的差异。氮的沸点是摄氏零下 196 度，氧是摄氏零下 183 度，氮比氧低 13 度。液态空气在分馏塔内缓慢升温，温度先到达氮的沸点，氮便先汽化，从塔顶蒸出并收集；氧要到较高温度才沸腾，留在塔底成为液态氧。举个例子：这好比一场赛跑，沸点愈低的选手愈早起跑，氮自然抢先离开液体，氧则留在后面。
- 第四步：物理变化还是化学变化分馏液态空气自始至终没有新物质生成：氮仍是氮，氧仍是氧，只是把空气原本拥有的成分分开，所以整个过程属于物理变化。举个例子：把一碗混合的红豆和绿豆分开，豆的种类不变；分馏也一样，分出的是旧成分，而不是造出新物质。判断的准则只有一个——有没有新物质生成，这也是辨别物理变化和化学变化的关键，答题时必须点明这句准则。
- 第五步：氧的试验要证明一瓶气体是氧，标准做法是氧的试验：把带火星的木条伸进瓶中，若木条复燃，即重新燃烧起来，瓶内便是氧，因为氧能支持燃烧。举个例子：分馏塔顶收集得的气体若不能令带火星的木条复燃，便不是氧；反之木条放进瓶内火光再现，便是氧的确证。注意作答要用带火星的木条而非燃著的木条，用词准确才能取得分数，这是阅卷常见的扣分位。
- 第六步：分馏产物的用途从液态空气分出的氧气，可用于医院供氧、钢铁厂富氧炼钢和潜水气瓶；氮气化学性质不活泼，可用于制造氨和化肥，以及在食品包装中隔绝氧气防止变坏；氩气可填充灯泡和作焊接的保护气。举个例子：薯片袋内其实充满氮气，用意正是防止油脂与氧反应而变坏。认识产物的用途，有助回答资料题中有关化学与生活的延伸问题，切勿死背成分而忽略应用。
- 第七步：空气污染与资源意识空气虽然随手可得，却会受污染：二氧化硫和二氧化氮溶于雨水形成酸雨，腐蚀建筑、酸化湖水和土壤；悬浮粒子则影响呼吸健康。举个例子：工厂燃烧含硫燃料时排放二氧化硫，是酸雨的主要来源之一，因此发电厂须安装除硫设备。课程也提醒我们，地球资源的蕴藏量有限，开采和提取化学品应受监管，善用和保护大气，是每个化学学习者应有的态度。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
分馏液态空气资料题：某工厂把液态空气送入分馏塔缓慢升温。已知氮的沸点是 −196°C，氧的沸点是 −183°C。问哪一种气体先从塔顶蒸出？试加以解释，并说明此过程属于物理变化还是化学变化。
- 审题：题目问「先蒸出」的气体及其原因，关键资料是两种气体的沸点，答案必须比较 −196°C 与 −183°C
- 比较沸点：氮的沸点（−196°C）低于氧的沸点（−183°C），缓慢升温时最先达到氮的沸点
- 解释：液态氮先汽化，氮气从分馏塔顶蒸出并收集；氧要到 −183°C 才沸腾，故留在塔底
- 判断变化类型：过程中氮和氧都没有变成新物质，只是利用沸点差异分离，所以属于物理变化
- 答案：氮气先从塔顶蒸出。液态空气缓慢升温时，温度首先到达氮的沸点 −196°C，低于氧的 −183°C，因此氮先汽化，从塔顶蒸出并收集；氧要到 −183°C 才沸腾，留在塔底成为液态氧。整个过程只利用沸点差异把空气原有的成分分开，没有新物质生成，所以分馏液态空气属于物理变化。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1干燥空气按体积计，各主要成分的百分率是多少？
Q2分馏液态空气时，哪种气体先汽化？为什么？
Q3分馏液态空气属于物理变化还是化学变化？为什么？
Q4怎样检验一瓶气体是否氧？
Q5100 升干燥空气约含氮气和氧气各多少升？
8重点回顾 Recap
- 空气（按体积）：氮 78%、氧 21%、氩 0.9%、二氧化碳 0.04%，是比例不定的混合物
- 制氧流程：除去二氧化碳和水汽，压缩冷却液化，再入分馏塔升温分离
- 沸点：氮 −196°C、氧 −183°C；沸点较低的氮先汽化，从塔顶蒸出
- 分馏液态空气属物理变化；氧的试验是带火星木条复燃
- 产物用途：氧供医疗和炼钢，氮制化肥和食品包装，氩填充灯泡