是氧气,约占空气体积的21%;氮气占78%,却不助燃。但这里要先分清一件事:氧气支持燃烧,它自己不可燃。支持燃烧和能够燃烧是两个概念,混为一谈,后面关于灭火、燃烧条件的判断都会跟着错,这是初中化学第一个容易混的点。
这道题在小学科学和初中化学里都会出现,答案一样,考法不同。小学问的是空气里有什么,初中问的是燃烧需要什么条件,后者才是"支持燃烧"这个词的真正落点。
空气的成分:谁占大头,谁管助燃
按体积算,氮气约78%,氧气约21%,稀有气体约0.94%,二氧化碳约0.03%,其余是水蒸气和杂质。这组数字是体积分数,不是质量分数,两者差别不小。
占大头的是氮气,但氮气不助燃。真正让木柴、蜡烛、煤在空气里烧起来的,是那21%的氧气。
所以"空气中支持燃烧的气体"答案是唯一的:氧气。氮气虽然多,但它的角色是稀释剂,把氧气的浓度压到21%,让燃烧不至于太剧烈。
把空气换成纯氧,同样的木条会烧得又快又猛,这就是浓度差带来的区别。空气能灭火也能助燃,取决于它在燃烧物周围是补充氧气还是带走热量。
"支持燃烧"和"可燃"差在哪?
可燃是物质本身能被氧化、能放出热量。木材、汽油、氢气是可燃物。
支持燃烧是帮助别的物质燃烧,自己在这个过程中作为氧化剂参与反应,但不作为燃料。氧气属于这一类。
换句话说,氧气是帮别人烧的,不是自己被烧的。把氧气叫"可燃气体"是错的,这个错误在化学题里出现频率很高。
区分方法很简单:看它能不能单独持续燃烧。把点燃的火柴放进纯氧,火柴烧得更旺;把点燃的火柴放进氮气,立刻熄灭。氧气本身不会烧起来,它只是让别人的火烧得更快。
初中课本把燃烧归纳为三个条件:有可燃物、有助燃物、温度达到着火点。三个条件同时满足才燃烧,缺一个就熄灭。灭火的三种方法,对应的正是拆掉其中一个条件。
一个实验看清区别:铁丝在空气里烧不着
把细铁丝放在空气中加热,只会红热,不会燃烧。放进纯氧里,立刻剧烈燃烧,火星四射,生成黑色的四氧化三铁。
同样的现象还有硫:在空气中是淡蓝色火焰,在纯氧中是明亮的蓝紫色火焰。木炭在空气中红热,在氧气中发白光。
这三个对比说明,氧气浓度决定燃烧的剧烈程度。燃烧需要氧气,但氧气本身不燃烧,它只是把反应推得更快。
实验里还有一个细节:铁丝燃烧前要在下端系一根火柴引燃,瓶底要留少量水或细沙,防止高温熔融物炸裂瓶底。这些操作要求,考的正是对氧气助燃的理解。
蜡烛的对比更直观。在空气中燃烧发黄光、有黑烟,在氧气中发白光、几乎无烟。黑烟是燃烧不充分产生的炭粒,氧气充足时炭粒也烧掉了,所以烟少。
氮气和二氧化碳真的完全不参与吗?
氮气在常温下极不活泼,既不可燃也不助燃,所以被用作保护气:焊接时隔绝空气,食品包装里充氮防氧化。
二氧化碳同样不可燃、不助燃,密度比空气大,能覆盖在燃烧物表面隔绝氧气,所以是常见灭火剂。
但有个反例必须记住:镁能在二氧化碳中继续燃烧,生成氧化镁和碳。所以镁着火不能用二氧化碳灭火器,这条在实验中是安全红线。
灭火器的选择由此变成一道推理题。普通固体火灾用水或干粉,油类火灾用干粉或泡沫,电器火灾先断电再用二氧化碳,活泼金属火灾只能用干沙。选错的后果不是灭不了火,而是火更大。
| 气体 | 约占空气体积 | 可燃性 | 助燃性 |
|---|---|---|---|
| 氮气 | 78% | 不可燃 | 不助燃 |
| 氧气 | 21% | 不可燃 | 助燃 |
| 二氧化碳 | 0.03% | 不可燃 | 一般不助燃 |
| 稀有气体 | 0.94% | 不可燃 | 不助燃 |
氧气不是越多越好
氧气浓度升高会加速氧化。医院里高浓度吸氧有严格时限,长时间吸入可能造成氧中毒,早产儿过量吸氧还可能导致视网膜病变。
工业场合,富氧环境里衣物、油脂都可能变得极易燃。氧气瓶和油脂接触会引发剧烈反应,这是操作规范里明令禁止的。
所以"多吸氧有益健康"是个流行但不准确的说法。氧气是药,也是危险品,用量和场合都有讲究。
反过来,缺氧也会出问题。高原地区空气稀薄,氧分压下降,人会出现头痛、乏力;密闭空间作业前要先测氧含量,低于安全值必须通风或佩戴呼吸器,不能凭感觉进去。
常见问题
空气中含量最多的气体是氧气吗?
不是。按体积算氮气约占78%,氧气约占21%,氮气最多。但支持燃烧的是氧气,两者问的不是同一件事。
二氧化碳能燃烧吗?
不能。二氧化碳既不可燃也不助燃,主要用于灭火。但镁等活泼金属能在二氧化碳中燃烧,这种情况下它反而成了助燃剂。
氧气是可燃物吗?
不是。氧气支持燃烧,本身不可燃。燃烧三条件里的助燃物通常指氧气,它和可燃物是两个不同的角色。
学习通