2H2O（液）=2H2（气）+02（气）这个化学方程式，如果用文字来表达，那就是：“2摩尔重36克的液态水分解生成2摩尔重4克的氢气和1摩尔重32克的氧气”，非常烦琐难读。因此，化学中所采用的化学方程式，与元素符号、分子式一样非常简洁明了，而且全世界通用。
世界上的物质千千万万，它们间的化学反应多种多样。如酒精的分子式为C2H6O，但这个分子式还可以表示另一种物质——甲醚。因此，只用一个化学方程式还不能完全表达清楚，化学家采用一种以结构式代替分子式表示的化学方程式。再如，水的分解是吸热反应，而氢气燃烧生成水的反应是放热反应，这样，上述的化学方程式又不能表示，于是就改用一种热化学方程式来正确表达。
空气
空气中的主要成分是氧气和氮气。氧气占空气的体积约21％，氮气约占78%，还有少量氩气、二氧化碳、氪、氖、氦、水汽、臭氧等。空气是一种弥漫在地球周围的混合气体，它与人类的生命活动有着密切关系。
例如，空气中二氧化碳增加，会使地球表面的气温升高，出现“温室效应”，造成气候反常等影响。据科学家预测，到公元2030年，如果地球气温比现在高4．5℃，这将使南极的冰层融化，引起海平面上升，最终导致全球性洪水泛滥，后果不堪设想。因此，科学家正在研究预防的办法。
科学研究已经证实，现代空气污染的主要原因是工业生产中释放的大量废气。由于煤和石油等燃料的大量消耗，空气中二氧化硫、悬浮颗粒物、氮氧化物、一氧化碳等有毒有害杂技含量增加，就会给人类带来灾难性的危害。1952年12月的伦敦烟雾事件，四天中死亡人数比常年同期约多4000人。事件发生的一星期内，支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱病患者的死亡人数分别为事件前一周同类死亡人数的9．3倍、2．4倍、5．5倍和2．8倍。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道疾病患者的死亡率都有成倍增加。
空气中的氧气是人类赖以生存的重要物质之一。人类应该使空气保持清洁、纯净、新鲜，只有在清新的气氛中才能愉快地工作、学习和生活。
二氧化碳
二氧化碳有个怪脾气，如果它在空气中的浓度超过5％，就会刺激人的呼吸中枢神经，使呼吸量增加两倍，并且有不舒服的感觉。随着现代工业的发展，从工厂排放出来的二氧化碳越来越多。有人认为，大气中二氧化碳增加，像厚厚的棉花胎覆盖着地面，使地面不断吸收太阳光，地上的热又无法散发出去，地球就会像一座大温室，可能给人类造成许多灾害。所以，二氧化碳常被人看作是“废物”，甚至当作危险的“敌人”。
现在，科学家已证实，二氧化碳也可以对人类作出大贡献。首先，二氧化碳是植物进行光合作用的原料。在光的作用下，二氧化碳加水可以转换成碳水化合物和氧气，因此，在广阔的田野上施放二氧化碳，并且设法延长光照时间，那么，二氧化碳就是理想的气体肥料，这是当代生物工程中的一个重要内容。同时，科学家正在研究人工合成叶绿体，一旦研究成功，水可以通过它制造出氢和氧，再用氢把二氧化碳还原成甲醛，最后将甲醛合成为糖类（HCHO）一此外，二氧化碳通过光合作用，还能变成羧酸、油脂、氨基酸等，这样，宇航员利用自己呼出的二氧化碳，加上一定量的水，就可以在太空生产粮食了。其次，给二氧化碳一些电子和能量，它会变得“活泼”起来，能参加许多化学反应，生产出甲醛、乙烯、甲酸、甲醇等化工产品。例如，早在1913年，就有科学家用。射线照射二氧化碳和氢的混合气，得到了甲醛。
科学家已经为二氧化碳找到了新用途，“废物”也可变成有用的东西。
乙烯
乙烯出生在石油裂化炉里，这个裂化炉好像《西游记》里太上老君的炼丹炉，乙烯就像是从炼丹炉里逃出来的孙悟空，有七十二般变化，神通广大。
生性活泼的乙烯，遇到其他化合物，很容易“摇身一变”成了新的“化身”。它与水结合，就会变成酒精；如果先同硫酸结合，再同水反应，也可以变成酒精。工厂里如果用乙烯制造酒精，能节约大量的粮食。如果许多个乙烯手拉手地连接在一起，只要有一定的压力和一些催化剂，就会聚合起来变成聚乙烯。我们日常生活中使用的食品袋，就是一种聚乙烯薄膜。用聚乙烯做的塑料管，不怕酸碱的腐蚀，又能任意弯曲，比用金属管要方便得多。
聚乙烯是个大分子，在单个聚乙烯分子里，有2000多个碳原子。这个分子像是一条又长又窄的长线。聚乙烯液体经过喷丝头喷出，并且一边冷却，就成了聚乙烯纤维。乙烯和丙烯共同聚合，可以生成一种具有橡胶性质的聚合物，叫做乙丙橡胶。乙烯得到银的“帮助”，能在空气中氧化成环氧乙烷，再加水反应，变成乙二醇，它是制造“的确凉”的原料，也可制造防冻剂。
乙烯加上氯化氢，又“摇身一变”为镇痛急救药氯乙烷，如果进一步同铅作用，生成的四乙铅，是半个世纪来广泛使用的汽油抗爆添加剂，但是由于铅的毒害，无铅汽油正在逐步顶替它的位置。乙烯也能变成氯乙烯，从而制成聚氯乙烯树脂。它能做成各种塑料用品，或者做成聚氯乙烯纤维，再加工成具有保暖防病作用的内衣。
氢
汽车、飞机等现代交通工具都用汽油作动力燃料，可是汽油在内燃机里并不能完全燃烧，而且燃烧之后产生的有害废气又严重地污染大气。科学家经过长期研究，认为氢才是一种最理想的燃料。
水是氢的“仓库”，用电解的方法，可以把水中的氢和氧分离出来。如果把氢和氧重新混合燃烧，就会产生3000℃的高温。燃烧后生成的水对人类也不会产生污染，所以氢是最清洁的燃料。
氢又是热效率最高的燃料。同汽油相比，重量相等的氢在燃烧后产生的能量多，氢气在空气中燃烧的速度比汽油要大十倍以上。
以氢气作为燃料的最大困难是它不易贮存。氢在零下259℃以下才能变成固体。液态氢必须保存在零下253℃低温中，稍微提高一点温度，就会沸腾，到零下239．9℃，液态氢极易挥发和汽化。科学家已经想出了不少贮存的办法，但要把它变成汽车和飞机的燃料，仍有不少困难。
科学家还在考虑另一种比普通氢更好的燃料，它是氢的孪生兄弟——重氢，学名叫氘，从水中电解出来的氢里有万分之二是氘。每50吨水可电解产生5吨氢，其中有1公斤是氘，它在发生核反应时，能产生1．8亿千瓦的能量，相当于10公斤铀或2万吨煤所产生的能量。假如人工能够控制氘的核反应，那么氘便是取之不尽用之不竭的永久能源。
氮
氮是肥料三要素氮、磷、钾中首要一员，庄稼离不开氮。空气中虽有约五分之四的氮气，可惜不能直接被植物当作养料吸收。
100多年前，化学家就设想把空气中的氮变成肥料。直到1908年，德国化学家哈柏才找到了用氮气和氢气直接化合生成氨的方法，也就是现在合成氨工业中的“哈柏法”。这种方法必须在高温高压下，才能把氮气和氢气经过催化而合成氨。
后来，人们从豆科植物的根瘤菌中得到启示，试图找到一种化合物，让氮气在常温常压的条件下，轻而易举地变成氮肥供植物吸收。
十多年前，我国科学家卢嘉锡在研究固氮酶固氮活性中心的结构模型方面取得成就。根据卢嘉锡教授的理论模型合成出的化合物，具有将氮气合成氨的能力，这项成果使我国在化学模拟生物固氨的研究上，达到了世界先进水平。
为什么豆科植物的根瘤菌能把氮气变成氮肥呢？十多年前，科学家从固氮微生物体内分离出固氮酶，对固氮酶的两种蛋白质——钼铁蛋白和铁蛋白进行了研究，才弄清了“庐山真面目”：只有这两种蛋白同时存在，固氮酶才有固氮能力。于是，科学家向固氮微生物学习，研究固氮酶的活性中心模型，以便让“模型物”像固氮菌一样，能够在常温常压下，把氮气源源不断地制造成氨。
生物固氮已成为“热门”课题。科学家们一方面要制造出一种能够在温和条件下合成氨的化合物，另一方面又想使其他植物像豆科植物那样自身具备固氮的能力。日本科学家发现了一种具有固氮能力的野生水稻，再用其他固氮遗传基因植入野生水稻，使其固氮能力一下子提高了三倍。
金刚石与石墨
1796年，英国伦敦有一位化学家，别出心裁地燃烧钻石，闪光的宝石竟变成了二氧化碳气体！这使他获得了一个真理：金刚石是碳的化身。20世纪初，科学家们又证明石墨和碳是一家。从此证明了坚硬的金刚石与软、脆的石墨、木炭是“孪生兄弟”。
人们总以为光彩夺目的金刚石最贵重，其实这是带杂质的金刚石。纯净的金刚石应该是无色透明的。金刚石比同体积的水重三倍半，又硬得出奇，可以用来刻划玻璃和制作钻机的钻头，开采石油。
石墨是松软的、不透明的灰黑色细鳞片状的晶体，它同金刚石恰恰相反，是最软的矿物之一。把石墨和粘土混合，就可以用来做铅笔芯。掺的粘土越多，铅笔芯越硬。干电池中的碳精棒，也是它的一种“化身”。
炭黑是极细的碳粉末，是比较纯粹的无定形碳。它在黑色的油墨里充当了颜料的“主角”。
金刚石、石墨和炭黑有各自不同的外貌，却都是一种元素——碳构成的。科学家把这类由同种元素构成的不同性质的物质，叫做同素异形体。
为什么由同一种碳原子组成的物质，外貌、性质却大不相同呢？科学家研究后，发现原来是由于原子的排列形式不一样引起的。金刚石结构中，每一个碳原子周围有四个碳原子，距离都是相等的，原子之间组成一个强有力的整体。而石墨内部的一个碳原子同相邻的四个原子间的距离是不相等的。离得较远的两原子之间的“拉力”较弱，容易断裂“分手”，这样，金刚石和石墨就出现了硬和软的不同“个性”。
在化学王国里，同素异形的例子很多，磷、硫等都有同素异形现象。几种不同性状的单质，虽然它们都是由同种元素构成，但其中原子的排列形式是不同的。
氧气氮气的分离
空气是覆盖在整个地球表面的大气。它是一个大家庭，有许多家庭成员。其中按体积计算，含量最多的是氮气，它占大气总体积的78％，其次是氧气，占21％，稀有气体占0．94％，二氧化碳占0．03％，其他气体占0．03％。平时这些成员和平共处，团结得很好，要想让它们分开可不是一件容易的事。
有些科学家提出这样的想法：在常温常压下不能将它们分开，如果将它们高度冷却，并加以很大的压力，使它们变为液体，情况会怎么样呢？在这个想法的启发下，他们对氧气和氮气的沸点进行分析，发现二者的沸点不同，氮气的沸点比氧气的沸点低。我们知道，给两种沸点不同的液体慢慢升高温度，沸点低的液体先变成气体跑出。如果将液态空气的温度控制在氮气沸腾而氧气不沸腾的温度，此时液态的氦将转化为气态从液态空气中跑出，等氮气跑完了，留下来的几乎就是液氧了。
现代工业一般采用上述方法分离氮气和氧气。由于氮气和氧气呈气态时，占有的体积很大，不便于保存和运输，因此工厂通常采取给氮气或氧气加压的办法，使它们转化为液态装入特制的钢筒中保存。氧气一般充入到蓝色的钢筒中备用。我们在医院所见到的蓝色钢筒，就是液氧钢筒。当有病人急需输氧时，医生只需轻轻拧动钢筒上方的减压旋钮，液态的氧就会争先恐后地变为气体跑出来。
随着科学技术的进步，相信还会有新的分离氮气和氧气的方法问世。
一氧化碳
冬天用煤炉取暖，这是我国北方人的习惯。你可能有这样的体会：炉子刚生起来的时候，火苗特旺，燃烧一阵后，火渐渐地不及原来旺了，这时你用炉钩把炉底通几下，火苗就又旺起来，如果你把煤放得太多了，底下通风又不好，炉火会出现忽闪忽闪的蓝色火焰，这是什么原因呢？
我们都知道燃烧是需要氧气的，我们周围空气中氧气约占21％，如果炉底通风好，这些氧气是足够燃烧时用的。所以人们把炉子装上烟囱，一是为了排烟，二是利用热气上升的力量，再把空气从炉底带进炉内，如此循环往复使炉火燃烧。如果煤放多了，通风又不好，炉内氧气就会越来越少，炉内炽热的煤就会释放出一种气体叫一氧化碳，这蓝色火焰就是一氧化碳在燃烧。
一氧化碳是一种无色无味的气体，如果人吸了它，血液中的血红蛋白就会变成碳氧血红蛋白，人的中枢神经遭到破坏，这叫一氧化碳中毒，也叫煤气中毒。开始感到头晕、恶心，慢慢地就昏迷过去，如果时间长了，得不到救治，人就会死亡。不过一氧化碳也有个特点，空气一流通它就很快溜走了。所以冬天生炉子时，注意通点风，就不会煤气中毒了。
二氧化碳与温室效应
一走进植物园内的温室花园你就会感到闷热。为什么温室内的温度比外面高呢？原来，阳光透过温室的玻璃窗，照射在室内物体上时，物体吸收了阳光的能量变暖，变暖的物体散发出红外线释放热量，而玻璃能阻止红外线向外传播。这样，物体释放的能量在室内积聚，造成室内温度升高，这就是人们常说的温室效应。
大气中的二氧化碳气体也具有阻止红外线传播热量的作用，有人称其为“温室气体”。如果大气中聚集了太多的二氧化碳气体，使得太阳照射到地球表面而产生的热量无法向天外散发，地球表面温度升高，就会形成温室效应。由于温室效应会造成全球气候变暖，从而导致南北
极地区冰雪溶化，使海平面上升，沿海城市或岛屿有可能被淹没。同时还会造成局部地区高温干旱或暴雨成灾，给人类的生存和生活带来影响。
要根除温室效应，最行之有效的办法是减少二氧化碳的排放量，同时大力开展植树造林，利用植物的光合作用吸收二氧化碳，保证二氧化碳和氧气的循环平衡正常进行。
最轻的金属——锂
锂是所有金属中最轻的一种。等体积的锂与水比较，锂的质量仅是水的一半。前苏联科学家利用锂轻的特点，将它与镁混合制成了一种超轻型材料——镁锂合金。这种合金比木板还轻，放在水里也不沉底，而且它强度大，塑性好。如果将它用在火箭和宇宙飞船上，可以大大降低重量。
锂身披银白色外衣，质地非常柔软，你可以用小刀像切像皮泥那样将它切割成小块。锂性格活泼，非常喜欢结交“朋友”。如果把它置于空气中，它会迅速与氧气“手拉手”燃烧起来，向外释放热量。这时你要想将火扑灭，可以用沙子遮盖，千万别用水浇。因为锂在水中性情变得更加狂躁，它会在水面上四处乱窜，并强行“赶走”水分子中的部分氢原子，氢原子两两组合成氢分子，聚集成氢气，从水中“逃出”。氢气又是一种极易燃烧的气体，它在空气中遇火就着。所以用水去救由锂燃烧产生的火，无疑是“火上浇油”。