地球：大氣
基礎空氣是氮、氧、氬和二氧化碳組成的混合物；工業上先液化空氣再分餾，利用沸點差異分出氮和氧，過程屬物理變化；氧可用帶火星木條復燃來檢驗。
- 空氣（按體積）：氮 78%、氧 21%、氬 0.9%、二氧化碳 0.04%，是比例不定的混合物
- 製氧流程：除去二氧化碳和水汽，壓縮冷卻液化，再入分餾塔升溫分離
- 沸點：氮 −196°C、氧 −183°C；沸點較低的氮先汽化，從塔頂蒸出
文體小知識：科學知識說明文——以數據和實例說明空氣的成分、分餾液態空氣的原理與氧的試驗，是化學科的第一課。
§課文原文 Passage
1大氣是包圍地球的氣體層，也是重要的化學資源。乾燥空氣按體積計算，氮氣約佔 78%，氧氣約佔 21%，氬氣約佔 0.9%，二氧化碳約佔 0.04%，另有少量水汽和貴氣體。各成分的比例並不固定，空氣因此屬於混合物，可以用物理方法把成分分離出來。
2工業上製取氮和氧，先除去空氣中的二氧化碳和水汽，再反覆壓縮並冷卻至約攝氏零下 200 度，使空氣變成液態空氣。液態空氣送入分餾塔緩慢升溫：氮的沸點是攝氏零下 196 度，比氧的攝氏零下 183 度低，因此氮先汽化，從塔頂蒸出，液態氧留在塔底收集。
3分餾只是把空氣原有的成分分開，過程中沒有新物質生成，屬於物理變化。所得氧氣可供醫院病人呼吸、幫助鋼鐵廠煉鋼；氮氣用於製造化肥和食品保鮮包裝；氬氣則用來填充燈泡和作焊接保護氣。可見不少日常物料都源自大氣。
4化學家依靠試驗鑑定氣體：把帶火星的木條放進集氣瓶，若木條復燃，瓶內氣體便是氧。檢驗二氧化碳則把氣體通入石灰水，石灰水變乳濁。此外，二氧化硫和二氧化氮等空氣污染物會造成酸雨，損害生態；監察空氣質素與善用大氣資源，都是學習化學的應有態度。
1重點摘要 Summary
空氣是氮、氧、氬和二氧化碳組成的混合物；工業上先液化空氣再分餾，利用沸點差異分出氮和氧，過程屬物理變化；氧可用帶火星木條復燃來檢驗。
2生字卡 Vocabulary
利用液體混合物中各成分沸點不同，把它們先後蒸出並分離的方法。
空氣經壓縮和冷卻至約攝氏零下 200 度後形成的液體，是分餾的原料。
液體沸騰時的溫度；氮為 −196°C，氧為 −183°C。
沒有新物質生成的變化，如分餾液態空氣；成分的化學本質不變。
空氣中佔約 78% 的無色氣體，化學式 N₂，化學性質不活潑，用於製造化肥。
空氣中佔約 0.9% 的貴氣體，化學性質極不活潑，可填充燈泡。
把帶火星的木條放進氣體中，木條復燃即證明是氧。
已熄滅但仍留有餘燼的木條，是檢驗氧的標準工具。
令空氣質素下降的物質，如二氧化硫、二氧化氮和懸浮粒子。
由兩種或以上物質混合而成、成分比例不固定的物質，如空氣。
3逐步講解 Steps
- 第一步：空氣的成分乾燥空氣按體積計算，氮氣約佔 78%，氧氣約佔 21%，氬氣約佔 0.9%，二氧化碳約佔 0.04%，餘下是水汽和其他貴氣體。舉個例子：一瓶 100 升的乾燥空氣，約含 78 升氮氣和 21 升氧氣，二氧化碳只約 0.04 升，可見各成分含量相差極大。空氣各成分的比例會隨地點和天氣輕微變化，因此空氣屬於混合物而不是化合物，這是本課第一個重要判斷，也是 DSE 常考的概念題。
- 第二步：把空氣變成液態空氣空氣中的二氧化碳和水汽在極低溫會凝固，堵塞儀器，所以工業上先把它們除去，再反覆壓縮空氣並冷卻至約攝氏零下 200 度，空氣便液化成淡藍色的液態空氣。以工廠為例：壓縮機先把空氣加壓，冷凝器把熱量帶走，液化後的空氣儲存在隔熱容器中，準備送入分餾塔。液化本身也是物理變化，只是粒子間的距離縮小，並沒有生成任何新物質。
- 第三步：分餾塔內的沸點競賽分餾的原理是利用各成分沸點的差異。氮的沸點是攝氏零下 196 度，氧是攝氏零下 183 度，氮比氧低 13 度。液態空氣在分餾塔內緩慢升溫，溫度先到達氮的沸點，氮便先汽化，從塔頂蒸出並收集；氧要到較高溫度才沸騰，留在塔底成為液態氧。舉個例子：這好比一場賽跑，沸點愈低的選手愈早起跑，氮自然搶先離開液體，氧則留在後面。
- 第四步：物理變化還是化學變化分餾液態空氣自始至終沒有新物質生成：氮仍是氮，氧仍是氧，只是把空氣原本擁有的成分分開，所以整個過程屬於物理變化。舉個例子：把一碗混合的紅豆和綠豆分開，豆的種類不變；分餾也一樣，分出的是舊成分，而不是造出新物質。判斷的準則只有一個——有沒有新物質生成，這也是辨別物理變化和化學變化的關鍵，答題時必須點明這句準則。
- 第五步：氧的試驗要證明一瓶氣體是氧，標準做法是氧的試驗：把帶火星的木條伸進瓶中，若木條復燃，即重新燃燒起來，瓶內便是氧，因為氧能支持燃燒。舉個例子：分餾塔頂收集得的氣體若不能令帶火星的木條復燃，便不是氧；反之木條放進瓶內火光再現，便是氧的確證。注意作答要用帶火星的木條而非燃著的木條，用詞準確才能取得分數，這是閱卷常見的扣分位。
- 第六步：分餾產物的用途從液態空氣分出的氧氣，可用於醫院供氧、鋼鐵廠富氧煉鋼和潛水氣瓶；氮氣化學性質不活潑，可用於製造氨和化肥，以及在食品包裝中隔絕氧氣防止變壞；氬氣可填充燈泡和作焊接的保護氣。舉個例子：薯片袋內其實充滿氮氣，用意正是防止油脂與氧反應而變壞。認識產物的用途，有助回答資料題中有關化學與生活的延伸問題，切勿死背成分而忽略應用。
- 第七步：空氣污染與資源意識空氣雖然隨手可得，卻會受污染：二氧化硫和二氧化氮溶於雨水形成酸雨，腐蝕建築、酸化湖水和土壤；懸浮粒子則影響呼吸健康。舉個例子：工廠燃燒含硫燃料時排放二氧化硫，是酸雨的主要來源之一，因此發電廠須安裝除硫設備。課程也提醒我們，地球資源的蘊藏量有限，開採和提取化學品應受監管，善用和保護大氣，是每個化學學習者應有的態度。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
分餾液態空氣資料題：某工廠把液態空氣送入分餾塔緩慢升溫。已知氮的沸點是 −196°C，氧的沸點是 −183°C。問哪一種氣體先從塔頂蒸出？試加以解釋，並說明此過程屬於物理變化還是化學變化。
- 審題：題目問「先蒸出」的氣體及其原因，關鍵資料是兩種氣體的沸點，答案必須比較 −196°C 與 −183°C
- 比較沸點：氮的沸點（−196°C）低於氧的沸點（−183°C），緩慢升溫時最先達到氮的沸點
- 解釋：液態氮先汽化，氮氣從分餾塔頂蒸出並收集；氧要到 −183°C 才沸騰，故留在塔底
- 判斷變化類型：過程中氮和氧都沒有變成新物質，只是利用沸點差異分離，所以屬於物理變化
- 答案：氮氣先從塔頂蒸出。液態空氣緩慢升溫時，溫度首先到達氮的沸點 −196°C，低於氧的 −183°C，因此氮先汽化，從塔頂蒸出並收集；氧要到 −183°C 才沸騰，留在塔底成為液態氧。整個過程只利用沸點差異把空氣原有的成分分開，沒有新物質生成，所以分餾液態空氣屬於物理變化。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1乾燥空氣按體積計，各主要成分的百分率是多少？
Q2分餾液態空氣時，哪種氣體先汽化？為什麼？
Q3分餾液態空氣屬於物理變化還是化學變化？為什麼？
Q4怎樣檢驗一瓶氣體是否氧？
Q5100 升乾燥空氣約含氮氣和氧氣各多少升？
8重點回顧 Recap
- 空氣（按體積）：氮 78%、氧 21%、氬 0.9%、二氧化碳 0.04%，是比例不定的混合物
- 製氧流程：除去二氧化碳和水汽，壓縮冷卻液化，再入分餾塔升溫分離
- 沸點：氮 −196°C、氧 −183°C；沸點較低的氮先汽化，從塔頂蒸出
- 分餾液態空氣屬物理變化；氧的試驗是帶火星木條復燃
- 產物用途：氧供醫療和煉鋼，氮製化肥和食品包裝，氬填充燈泡