2024年5月31日发(作者：申蕤)
空气的组成和性质
1. 空气的组成， 实验测定，干燥空气的平均组成如表1-3所示。且各组成部
分之间的比例，在地球的任何地区几乎是恒定不变的。
表1-3干燥空气的组成
组成及符组成及符
体积℅重量℅体积℅重量℅
号号
氧 o
2
氪 Kr
20.9323.11.80×10
-4
3×10
-4
氮 N
2
氙 Xe
78.0375.060.08×10
-4
0.4×10
-4
氩 Ar氢 H
2
0.9321.2860.5×10
-4
0.036×10
-4
二氧化碳
0.030.046
CO
2
氖 Ne
(15~18)×10
-4
12×10
-4
臭氧 O
3
(0.01~0.02)×10
-4
0.2×10
-4
(4.6~5.3)×10
-
氦 He
0.7×10
-4
氡 Rn
6×10
-13
4
由此可见，空气中主要成分是氧、氮和氩。在一般情况下，近似认为空气中
含有20.9%的氧和的79.1%氮。这样把空气称为氧和氮的二元系统。在精确计算
中，因为空气中含有的20.9%氧、78.1%的氮和0.932%的氩。这时把空气称为氧、
氮、氩三元系统。在不考虑空气的化学性质时，可以把空气看成单一物质，其
分子量为28.96，则1千克摩尔空气为28.96公斤。
空气中除了含有氧、氮和氩外，还含有氖、氦、氪、氙气体。这些气体（包括
氩）在内气中含量极少，在自然界中不易得到，所以称它们为稀有气体。由于
这些气体的化学性质稳定，又有“惰性气体”之称。
此外因地区条件的不同，空气中还含有少量的（不定量的）水蒸气、二氧化碳、
乙炔等气体及机械杂质。
2. 空气的性质， 在常温下空气是无色、无味、透明的气体。大气层中因有臭
氧（o
3
）存在，而呈现天兰色。在1大气压下，空气的液化温度为-191.35℃
（81.8k），气化温度为-194.35℃（78.8k）。在1个大气压下，将空气冷却到
-213℃（60.15k）时，则变成固体。
使气体转变为液体的温度称为液化温度。液化温度与压力有关，气体的压力越
小，其液化的温度越低，反之亦然。但是，对每一种气体来讲都有着一个温度，
大于这个温度时，无论在任何压力下也不能使这种气体液化，这个温度称为气
体的临界温度，其压力称为临界压力。空气的临界温度为-140.63℃
（132.52k），也就是说空气必须在低于-140.63℃的温度时才可能液化，这也
就是用分馏塔分离空气的方法，我们把它叫做深冷空气分离法的原因。
空气及各组分的主要物理参数见附表1。由表可见，在1atm时氧的沸点
90.17k（-182.98℃），氮的沸点77.35k（-195.80℃），两者的沸点相差的
13℃。氩的沸点为87.291k（-185.86℃），它介于氧和氮沸点中间。低温液化
精馏法就是利用氧、氮沸点不同把空气分离为氧气和氮气。显然氩气在精馏中，
将会影响氧和氮的纯度。
空气是目前工业化分离中制取氧、氮气的原料，空气是最廉价、是取之不尽，
用之不竭的原料。人的生命和动植物的生长也离不开空气。
1.5.2 氧的性质
氧是地球上分布最广，数量最多的化学元素，它的重量占我们地壳总重量的
48.6%。自然界的氧系由三种稳定的同位素组成，它们的原子分别为16、17和
18，其比值为10000：4：20。氧的同位素是不易分离的。氧的化学性质很话泼，
非常容易与其它物质化合生成化合物。以游离形式存在于大气中的氧，是双原
子构成的氧分子O
2
,至于亚稳定的臭氧O
3
本教材不作详细讨论。
1. 氧的物理性质
在常温常压下（一般指20℃, 1atm），氧为无色透明、无臭无味的气体。氧在
1大气压下冷却到-183℃时，变成天兰色、透明、易于流动的液体。当继续冷
却到-218.79℃时，液氧将转变成兰色固体结晶。
在0℃、760mmHg条件下，1Nm
3
（标准米
3
）氧气重1.4289公斤。在1atm下，
沸腾时1升液体氧重1.140公斤。1升液体氧全部气化成标准状态下的气体氧，
体积将扩大到800升。
氧能溶解于水。在标准状态下，100体积的水中可溶解体积5的氧，当温度上
升20℃时，100体积中的水仅能溶解体积3的氧。氧在水中的溶解度对于水生
动物有重大的意义。另外因为氧气在水中溶解度很小，所以实验室里收集氧气
时往往采用水集排气法。
氧气与其它气体显著不同的在于它具有强烈的顺磁性。即氧气分子在磁铁的作
用下，可带磁性，并可被磁极所吸引。氧的这种顺磁性已被用来制作氧的磁氧
分析仪，用于分析氧气的纯度。
2. 氧的化学性质
氧气的化学性质很活泼，非常容易与其它物质化合生成化合物，这样的化学过
程称为氧化反应。氧的纯度越高，反应越激烈，同时放出大量的热。用氧气强
化钢铁的治炼过程和燃料的燃烧过程就是这个道理。
氧气有助燃的性质。例如，若将只发烟而未燃烧的木棒引入盛有氧气的容器中，
则木材即燃起明亮的火焰。氧与可燃性气体（氢、乙炔、甲烷等）按一定比例
混合后易发生爆炸。如氧气与氢气接触易发生爆炸而生成水，同时放出热量。
2024年5月31日发(作者：申蕤)
空气的组成和性质
1. 空气的组成， 实验测定，干燥空气的平均组成如表1-3所示。且各组成部
分之间的比例，在地球的任何地区几乎是恒定不变的。
表1-3干燥空气的组成
组成及符组成及符
体积℅重量℅体积℅重量℅
号号
氧 o
2
氪 Kr
20.9323.11.80×10
-4
3×10
-4
氮 N
2
氙 Xe
78.0375.060.08×10
-4
0.4×10
-4
氩 Ar氢 H
2
0.9321.2860.5×10
-4
0.036×10
-4
二氧化碳
0.030.046
CO
2
氖 Ne
(15~18)×10
-4
12×10
-4
臭氧 O
3
(0.01~0.02)×10
-4
0.2×10
-4
(4.6~5.3)×10
-
氦 He
0.7×10
-4
氡 Rn
6×10
-13
4
由此可见，空气中主要成分是氧、氮和氩。在一般情况下，近似认为空气中
含有20.9%的氧和的79.1%氮。这样把空气称为氧和氮的二元系统。在精确计算
中，因为空气中含有的20.9%氧、78.1%的氮和0.932%的氩。这时把空气称为氧、
氮、氩三元系统。在不考虑空气的化学性质时，可以把空气看成单一物质，其
分子量为28.96，则1千克摩尔空气为28.96公斤。
空气中除了含有氧、氮和氩外，还含有氖、氦、氪、氙气体。这些气体（包括
氩）在内气中含量极少，在自然界中不易得到，所以称它们为稀有气体。由于
这些气体的化学性质稳定，又有“惰性气体”之称。
此外因地区条件的不同，空气中还含有少量的（不定量的）水蒸气、二氧化碳、
乙炔等气体及机械杂质。
2. 空气的性质， 在常温下空气是无色、无味、透明的气体。大气层中因有臭
氧（o
3
）存在，而呈现天兰色。在1大气压下，空气的液化温度为-191.35℃
（81.8k），气化温度为-194.35℃（78.8k）。在1个大气压下，将空气冷却到
-213℃（60.15k）时，则变成固体。
使气体转变为液体的温度称为液化温度。液化温度与压力有关，气体的压力越
小，其液化的温度越低，反之亦然。但是，对每一种气体来讲都有着一个温度，
大于这个温度时，无论在任何压力下也不能使这种气体液化，这个温度称为气
体的临界温度，其压力称为临界压力。空气的临界温度为-140.63℃
（132.52k），也就是说空气必须在低于-140.63℃的温度时才可能液化，这也
就是用分馏塔分离空气的方法，我们把它叫做深冷空气分离法的原因。
空气及各组分的主要物理参数见附表1。由表可见，在1atm时氧的沸点
90.17k（-182.98℃），氮的沸点77.35k（-195.80℃），两者的沸点相差的
13℃。氩的沸点为87.291k（-185.86℃），它介于氧和氮沸点中间。低温液化
精馏法就是利用氧、氮沸点不同把空气分离为氧气和氮气。显然氩气在精馏中，
将会影响氧和氮的纯度。
空气是目前工业化分离中制取氧、氮气的原料，空气是最廉价、是取之不尽，
用之不竭的原料。人的生命和动植物的生长也离不开空气。
1.5.2 氧的性质
氧是地球上分布最广，数量最多的化学元素，它的重量占我们地壳总重量的
48.6%。自然界的氧系由三种稳定的同位素组成，它们的原子分别为16、17和
18，其比值为10000：4：20。氧的同位素是不易分离的。氧的化学性质很话泼，
非常容易与其它物质化合生成化合物。以游离形式存在于大气中的氧，是双原
子构成的氧分子O
2
,至于亚稳定的臭氧O
3
本教材不作详细讨论。
1. 氧的物理性质
在常温常压下（一般指20℃, 1atm），氧为无色透明、无臭无味的气体。氧在
1大气压下冷却到-183℃时，变成天兰色、透明、易于流动的液体。当继续冷
却到-218.79℃时，液氧将转变成兰色固体结晶。
在0℃、760mmHg条件下，1Nm
3
（标准米
3
）氧气重1.4289公斤。在1atm下，
沸腾时1升液体氧重1.140公斤。1升液体氧全部气化成标准状态下的气体氧，
体积将扩大到800升。
氧能溶解于水。在标准状态下，100体积的水中可溶解体积5的氧，当温度上
升20℃时，100体积中的水仅能溶解体积3的氧。氧在水中的溶解度对于水生
动物有重大的意义。另外因为氧气在水中溶解度很小，所以实验室里收集氧气
时往往采用水集排气法。
氧气与其它气体显著不同的在于它具有强烈的顺磁性。即氧气分子在磁铁的作
用下，可带磁性，并可被磁极所吸引。氧的这种顺磁性已被用来制作氧的磁氧
分析仪，用于分析氧气的纯度。
2. 氧的化学性质
氧气的化学性质很活泼，非常容易与其它物质化合生成化合物，这样的化学过
程称为氧化反应。氧的纯度越高，反应越激烈，同时放出大量的热。用氧气强
化钢铁的治炼过程和燃料的燃烧过程就是这个道理。
氧气有助燃的性质。例如，若将只发烟而未燃烧的木棒引入盛有氧气的容器中，
则木材即燃起明亮的火焰。氧与可燃性气体（氢、乙炔、甲烷等）按一定比例
混合后易发生爆炸。如氧气与氢气接触易发生爆炸而生成水，同时放出热量。