空氣成分的測定

本節(jié)微課從學(xué)生熟悉的唐代詩人李嶠的詩《風(fēng)》入手，循序漸進(jìn)，由淺入深，將主要內(nèi)容和延伸的內(nèi)容囊括其中，適合學(xué)生自學(xué)。 2100433B

空氣成分的測定是初中學(xué)生接觸化學(xué)需要探究的第一個(gè)內(nèi)容，也是重點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定的難度，而通過微課的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)突出，難點(diǎn)突破，輕松愉快很多。

井下空氣的主要來源是地面空氣（大氣），它是由多種氣體組成的干空氣和水蒸汽組合而成的混合氣體。通常狀況下，干空氣各組分的數(shù)量基本不變（表1-1-1）。在混合氣體中，水蒸汽的濃度隨地區(qū)和季節(jié)而變化，其平均濃度約為1 %；此外還含有塵埃和煙霧等雜質(zhì) 。

表1-1-1 干空氣主要成分

為便于測量與計(jì)算，氣體的濃度一般按體積百分計(jì)，如無特殊說明，以下均指體積濃度。

地面空氣進(jìn)入礦井以后，由于受到污染，其成分和性質(zhì)要發(fā)生一系列的變化，如氧濃度降低，二氧化碳濃度增加；混入各種有毒、有害氣體和礦塵；空氣的狀態(tài)參數(shù)（溫度、濕度、壓力等）發(fā)生改變等。一般來說，將井巷中經(jīng)過用風(fēng)地點(diǎn)以前、受污染程度較輕的進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)的空氣稱為新鮮空氣（新風(fēng)）；經(jīng)過用風(fēng)地點(diǎn)以后、受污染程度較重的回風(fēng)巷道內(nèi)的空氣，稱為污濁空氣（乏風(fēng)）。礦內(nèi)空氣主要成分除氧氣（O₂）、氮?dú)猓∟₂）、二氧化碳（CO₂）、水蒸汽（H₂O）以外，還混入大量的有害氣體，如瓦斯（CH₄）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H₂S）、二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、氨氣（NH₃）、氫氣（H₂）和礦塵等。

礦內(nèi)空氣氧氣（O2）

氧氣是無色、無臭、無味、無毒和無害的氣體，比重為1.105。礦內(nèi)氧氣來源于進(jìn)入礦井的地面大氣所固有的含量。由于礦內(nèi)各有機(jī)物（木材、支架等）和無機(jī)物（礦物、巖石）的氧化，礦物自燃，礦井火災(zāi)，以及瓦斯、煤塵爆炸等，都要直接消耗氧氣，此外，井巷內(nèi)不斷放出的各種有害氣體，也相對的降低氧氣的濃度。

當(dāng)空氣中的氧濃度降低時(shí)，人體就可能產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，出現(xiàn)種種不舒適的癥狀，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致缺氧死亡。人體缺氧癥狀與空氣中氧濃度的關(guān)系如表1-1-2所示.。

表1-1-2 人體缺氧癥狀與空氣中氧濃度的關(guān)系

造成礦井空氣中氧氣濃度降低的主要原因有：人員呼吸；煤巖和其他有機(jī)物的緩慢氧化；煤炭自然；瓦斯、煤塵爆炸。此外，煤巖和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體，也使空氣中的氧氣濃度相對降低。所以，在井下通風(fēng)不良的地點(diǎn)，空氣中的氧氣濃度可能顯著降低，如果不經(jīng)檢查而貿(mào)然進(jìn)入，就可能引起人員的缺氧窒息。

《煤礦安全規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）規(guī)定，采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中氧氣濃度不得低于20 %。為此，必須對礦井進(jìn)行不斷的通風(fēng)，將適量的新鮮空氣源源不斷地送到井下。這是礦井通風(fēng)最基本的任務(wù)之一。

礦內(nèi)空氣氮?dú)猓∟2）

氮?dú)馐菬o色、無味、無臭的惰性氣體，是新鮮空氣中的主要成分，對空氣的相對密度為0.97，它本身無毒、不助燃，也不供呼吸。在正常情況下，氮?dú)鈱θ梭w無害，但空氣中若氮?dú)鉂舛壬?，則勢必造成氧濃度相對降低，從而也可能導(dǎo)致人員的窒息性傷害。在廢棄的舊巷或隔離著的火區(qū)內(nèi)，可積存大量的氮，使氧濃度相對地減少，使人因缺氧而窒息。正因?yàn)榈獨(dú)鉃槎栊詺怏w，因此又可將其用于井下防滅火和防止瓦斯爆炸。

礦井空氣中氮?dú)庵饕獊碓词牵壕卤坪蜕锏母癄€，有些煤巖層中也有氮?dú)庥砍觥?h3 class="title-text">礦內(nèi)空氣二氧化碳（CO2）

二氧化碳是無色略帶酸臭味的氣體，對空氣的相對密度為1.52，是一種較重的氣體，很難與空氣均勻混合，常積聚于巷道的底部、井筒和下山的掘進(jìn)迎頭，在靜止的空氣中有明顯的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，對眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。在新鮮空氣中含有微量的二氧化碳對人體是無害的，它對人的呼吸有刺激作用，如果空氣中完全不含有二氧化碳，人體的正常呼吸功能就不能維持。當(dāng)肺泡中二氧化碳增多時(shí)，能刺激人的呼吸神經(jīng)中樞，引起呼吸頻繁，呼吸量增加，所以在急救受有害氣體傷害的患者時(shí)，常常首先讓其吸入含有5 %二氧化碳的氧氣以加強(qiáng)呼吸。但當(dāng)空氣中二氧化碳的濃度過高時(shí)，也將使空氣中的氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時(shí)也可能造成人員中毒或窒息?？諝庵卸趸紝θ梭w的危害程度與濃度的關(guān)系如表1-1-3所示。

表1-1-3 二氧化碳中毒癥狀與濃度的關(guān)系

二氧化碳的主要來源有：有機(jī)物的氧化；人員的呼吸；煤和巖石的緩慢氧化，以及礦井水與碳酸性巖石的分解作用；爆破工作，礦內(nèi)火災(zāi)，煤炭自燃以及瓦斯、煤塵爆炸時(shí)，也能產(chǎn)生大量二氧化碳。此外，有的煤層或巖層能長期連續(xù)放出二氧化碳，甚至有的煤層在短時(shí)間內(nèi)大量噴出或與大量煤粉同時(shí)噴出二氧化碳。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，往往會(huì)造成嚴(yán)重破壞性事故。例如吉林省營城煤礦五井，在1976年6月曾發(fā)生一次CO₂和巖石突出，突出巖石1005 t，CO₂11000 m。法國也曾發(fā)生過CO₂突出的事故。

《規(guī)程》規(guī)定：采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，二氧化碳不超過0.5 %。采區(qū)回風(fēng)巷和采掘工作面回風(fēng)巷回風(fēng)流中二氧化碳濃度達(dá)到1.5 %時(shí)，必須停止工作，撤出人員，查明原因，制定措施，進(jìn)行處理?？偦仫L(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷中，二氧化碳超過0.75 %時(shí)，必須查明原因，進(jìn)行處理。

空氣的成分以氮?dú)?、氧氣為主，是長期以來自然界里各種變化所造成的。在原始的綠色植物出現(xiàn)以前，原始大氣是以一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨為主的。在綠色植物出現(xiàn)以后，植物在光合作用中放出的游離氧，使原始大氣里的一氧化碳氧化成為二氧化碳，甲烷氧化成為水蒸氣和二氧化碳，氨氧化成為水蒸氣和氮?dú)?。以后，由于植物的光合作用持續(xù)地進(jìn)行，空氣里的二氧化碳在植物發(fā)生光合作用的過程中被吸收了大部分，并使空氣里的氧氣越來越多，終于形成了以氮?dú)夂脱鯕鉃橹鞯默F(xiàn)代空氣。 　空氣是混合物，它的成分是很復(fù)雜的。空氣的恒定成分是氮?dú)狻⒀鯕庖约跋∮袣怏w，這些成分之所以幾乎不變，主要是自然界各種變化相互補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果?？諝獾目勺兂煞质嵌趸己退魵狻？諝獾牟欢ǔ煞滞耆虻貐^(qū)而異。例如，在工廠區(qū)附近的空氣里就會(huì)因生產(chǎn)項(xiàng)目的不同，而分別含有氨氣、酸蒸氣等。另外，空氣里還含有極微量的氫、臭氧、氮的氧化物、甲烷等氣體?；覊m是空氣里或多或少的懸浮雜質(zhì)。總的來說，空氣的成分一般是比較固定的。