第1节空气与氧气.docx
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第1节空气与氧气
第3章空气与生命
第1节空气与氧气
要点详解
知识点1空气的成分
1．空气的组成成分
成分
体积分数
氮气
氧气
稀有气体
0.93%
二氧化碳
0.04%
其他气体和杂质
0.03%
说明①空气成分含量是按体积分数计算的，而且是个粗略值。
②一般来说，空气的成分是比较固定的，但不同地区或同一地区的不同地点或不同时间也会有所差别。
③对空气成分的研究作出重大贡献的科学家有拉瓦锡（得出空气由氮气和氧气组成）、舍勒和拉姆塞（发现稀有气体）。
2．空气组成成分的探究
（1）探究空气中是否含有二氧化碳
①试剂：
。
②实验过程及装置（如图1所示）。
③实验现象：
澄清石灰水变浑浊，且变浑浊的速度较慢。
④结论：
空气中含有二氧化碳（含量较少）。
（2）探究空气中是否含有氧气
①检验用品：
小木条
②实验过程及装置（如图2所示）。
③现象：
燃着的小木条继续安静地燃烧。
④结论：
空气中有氧气。
（3）探究空气中是否含有水蒸气
①试剂：
无水硫酸铜粉末。
②实验过程及装置（如图3所示）。
③现象：
白色的无水硫酸铜粉末变成蓝色。
④结论：
空气中含有水蒸气。
例1（湖州中考）空气中含量最多的气体是（）
A．二氧化碳B．稀有气体C．氮气D．氧气
知识点2空气中氧气含量的测定
1．测定原理
在一个中，用一种足量的易燃物质（如红磷或白磷）与容器中的氧气反应，生成一种固体，使密闭容器内压强。
在大气压强的作用下，水倒流入密闭容器内的体积，即为空气中氧气的体积。
2．实验装置（如图所示）
3．实验步骤（易燃物质以红磷为例，下同）
（1）先在集气瓶内加入少量水，将集气瓶内水面上的容积分成五等份并做上记号。
（2）连接装置，并检查装置的气密性。
（3）用止水夹夹紧橡胶管，点燃红磷，迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞。
（4）燃烧结束，冷却至室温后，打开止水夹。
4．实验现象
红磷剧烈燃烧，发出黄色火焰，放出大量的热，有大量白烟产生；待集气瓶冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气总体积的。
5．反应的文字表达式：
磷＋氧气
。
6．实验结论：
空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5。
7．实验注意事项
（1）实验过程中要确保装置的气密性良好，如果气密性不好，当集气瓶内氧气耗尽时，瓶内压强减小，瓶外空气会进入集气瓶内，导致进入水的体积减小，测得氧气的体积分数偏小。
（2）实验时药品必须过量，燃烧时才能完全消耗掉瓶内空气中的氧气。
如果红磷的量不足，则不能把集气瓶内空气中的氧气完全反应掉，导致测得空气中氧气的体积分数。
（3）实验结束后，待装置冷却到室温后才能打开止水夹，否则会因为温度较高，气体压强较大，从烧杯进入集气瓶中的水的体积减小，导致测量结果。
（4）在实验前，导管应预先注满水，否则在燃烧完毕，装置冷却后打开止水夹时，进入的水会有一部分留在导管中，使得进入集气瓶内水的体积减小，导致测量结果偏低。
（5）可用来反应的物质必须是易与氧气反应而不与空气中其他气体反应，且没有气体生成的物质。
一般不采用硫、木炭、铁丝等物质代替红磷完成空气中氧气含量测定的实验。
硫和木炭燃烧后的生成物分别为二氧化硫和二氧化碳，均为气体，这些气体的体积会弥补反应所消耗的氧气的体积，导致测量结果不准确；而铁丝在空气中难以燃烧，瓶内空气的体积几乎不会变化，因而集气瓶内的水面几乎不上升。
例2（嘉兴、舟山中考）如图所示，某同学为验证空气中含有少量二氧化碳，将大针筒内的空气一次性压入新制的澄清石灰水，发现石灰水没有变化。
据此，你认为该同学应该（）
A．继续用大针筒向澄清石灰水压入空气
B．撤去大针筒，用嘴向澄清石灰水吹气
C．得出空气中没有二氧化碳的结论
D．得出空气中含有少量二氧化碳的结论
知识点3 空气的利用
1．氧气
氧气主要有两大用途：
（1），如登山、潜水、急救等；
（2）支持燃烧，如炼钢、气焊、气割、烧水、煮饭等。
2．氮气
（1）物理性质：
无色无味、水。
（2）化学性质：
不活泼，不能燃烧，也不支持燃烧。
（3）用途：
①灯泡中充入氮气可延长使用寿命；②食品包装时充入氮气可以防腐、保鲜；③氮气是制造化肥、炸药的重要原料；④液态氮可以作冷冻剂，医疗上常用液氮冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织；⑤用作超导材料的环境改造剂等。
3．稀有气体
（1）稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称，是混合物。
（2）性质：
无色无味的气体，难溶于水，化学性质极不活泼。
（3）用途：
①常用作保护气；②作电光源（因为稀有气体通电时能发出不同颜色的光）；③用于激光技术；④制造低温环境（氦气）；⑤用于医疗麻醉（氙气）等。
例3（河北中考模拟）人类每时每刻都离不开空气。
下列有关空气的说法不正确的是（）
A．空气是由多种单质和化合物组成的混合物
B．空气中含量较多且化学性质活泼的是氨气
C．呼吸、燃烧、炼钢、化学生产等都需要用到氧气
D．空气是一种宝贵的自然资源，要保护空气，防止污染空气
知识点4氧气的性质
1．氧气的物理性质
（1）颜色和气味：
通常状况下为的气体。
（2）密度：
比空气密度稍大（标准状况下氧气的密度为1.429g/L，而空气的密度约为1.293g/L）。
（3）溶解性：
溶于水（常温下1L水中大约能溶解30mL的氧气，这些氧气是水生生物得以生存的必要条件之一）。
（4）氧气的三态变化：
在标准大气压（1.01×105Pa）下，氧气在－183℃时液化成淡蓝色液体，在－218℃时凝固成雪花状蓝色的固体（工业上的氧气一般加压贮存在蓝色钢瓶中）。
即氧气的三态变化：
气态氧（无色）
液态氧气（）
固态氧（雪花状蓝色的固体）。
2．氧气的化学性质
（1）氧气的化学性质比较活泼，在一定条件下可与许多物质发生化学反应，同时释放出热量。
（2）一些物质与氧气发生化学反应的现象和文字表达式如下：
物质（颜色、状态）
反应现象
反应表达式
注意事项
木炭
（灰黑色固体）
①在空气中发出红光
②在氧气中发出
光
③放出热量
④生成的气体使澄清石灰水变浑浊
碳＋氧气
二氧化碳
C＋O2
盛有灰黑色木炭的燃烧匙应由上而下慢慢伸入瓶中
硫
（淡黄色固体）
①在空气中发出
火焰
②在O2中发出
火焰
③放出热量
④生成有刺激性气味的气体
硫＋氧气
二氧化硫
S＋O2
SO2
①硫的用量不能过多
②瓶内装少量水，目的是吸收二氧化硫，防止对空气造成污染
红磷
（暗红色固体）
①有浓厚的
②放出热量
③在空气中产生黄色火焰
④在氧气中发出白光
磷＋氧气
五氧化二磷
P＋O2
此反应生成的是P2O5固体小颗粒，现象应描述为白烟，而不是白雾（指小液滴）
光亮铁丝
（银白色固体）
①剧烈燃烧
②火星四射
③放出大量的热
④生成黑色固体
铁＋氧气
四氧化三铁
Fe＋O2
Fe3O4
预先在瓶底留少量
或铺一层细沙的目的是防止熔融的溅落物炸裂集气瓶
3.氧化物
由两种元素组成，其中一种元素是的化合物叫做氧化物。
如CO2、SO2、P2O5、H2O等均是氧化物，而KClO3、KMnO4不是氧化物，但它们都可以称为含氧化合物。
例4（嘉兴、舟山中考）如图所示是铁丝在氧气中燃烧的改进实验，用适量双氧水和二氧化锰代替原实验中集气瓶里的水。
（1）用双氧水和二氧化锰代替原集气瓶里的水，其优点除了使实验更简便外，还有。
（2）实验中可观察到铁丝燃烧的现象是，并放出大量热，生成一种黑色固体，请写出该反应的化学方程式：
。
知识点5 氧气的制取
1．实验室制取氧气的反应原理
实验室里可用加热分解高锰酸钾或氯酸钾制取氧气，也可采用分解过氧化氢的方法来制取氧气。
反应原理分别表示如下：
（1）高锰酸钾
锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
（KMnO4）（）（）（O2）
（2）氯酸钾
氯化钾＋氧气
（KClO3） （） （O2）
（3）过氧化氢
水＋氧气
（H2O2） （）（O2）
2．实验装置
（1）实验装置的选取
①发生装置的选取
a．看反应物状态；
b．看反应条件。
固体与液体反应，不需加热常用如图（Ⅰ）所示装置；固体与固体反应，需加热，常用如图（Ⅱ）所示装置。
②气体收集装置的选取
a．看气体的性：
不易溶于水且不与水反应的气体，可用排水法收集，如图（Ⅲ）所示装置；
b．看气体的：
密度比空气大的气体可用向上排空气法收集，如图（Ⅳ）所示装置，密度比空气小的气体可用向下排空气法收集，如图（Ⅴ）所示装置。
（2）实验室制取氧气的实验装置（如图所示）：
3．实验步骤
（1）过氧化氢分解制氧气的实验步骤：
①组装仪器，检查装置气密性；②装药品：
先加入二氧化锰固体，再加入过氧化氢溶液，固定好装置；③收集气体。
（2）加热高锰酸钾（或氯酸钾）制氧气的实验步骤（以排水法收集为例）：
①组装仪器，检查装置气密性；②装药品；③固定好装置；④点燃酒精灯加热；⑤收集气体；⑥撤离（移开）导气管；⑦最后熄灭酒精灯，防止水槽中的水倒吸进入试管。
可概括为查、装、定、点、收、离、熄，谐音为“茶庄定点收利息”。
说明①用高锰酸钾制氧气时，试管口应放一小团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导气管，堵塞导气管；②试管口略向下倾斜，防止水蒸气冷凝后倒流回试管底，使试管炸裂；③导管伸入试管不宜过长，稍露出橡胶塞即可，便于气体排出；④铁夹夹在离试管口约1/3处；⑤先预热再集中加热，以防受热不均匀而使试管炸裂；⑥用排水法收集氧气时，应待气泡连续而均匀冒出时再收集，以防收集到的气体不纯（刚冒出的气泡主要是空气）；⑦停止反应时，应先将导管从水槽中撤出，再熄灭酒精灯，防止水槽里的水倒流入试管，导致试管炸裂。
4．检验及验满方法
（1）检验方法：
将的木条伸入集气瓶中，若木条立即复燃，证明集气瓶中的气体是氧气。
（2）验满方法：
①用排水法收集时，如果集气瓶口有大量气泡冒出，证明已收集满。
②用向上排空气法收集时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则证明已收集满。
5．氧气的工业制法
（1）分离液态空气法：
利用液氧的沸点（－183℃）和液氮的沸点（－196℃）不同，通过分离液
态空气获得氧气。
（2）膜分离技术制取氧气：
例5下列装置中，最适合用来收集氧气的是（）
知识点6催化剂
（1）催化剂：
在化学反应里能改变物质的化学反应，而本身的和
在反应前后没有发生变化的物质叫做催化剂（工业上也称为“触媒”）。
（2）催化作用：
催化剂在化学反应中所起的作用叫做催化作用。
（3）对催化剂和催化作用的理解
①能改变物质的反应速度，这里的“改变”包括加快和减慢两种含义；不加入催化剂，并不意味着化学反应不能发生。
②催化剂的化学性质在化学反应前后没有改变，但是物理性质可能改变。
③催化剂是针对具体的反应而言的，某一个反应的催化剂在另一个化学反应中可能成为反应物、生成物或毫无关联的物质。
④催化剂不是万能的，也不是唯一的，在某个化学反应中，可选择不同的物质作为催化剂。
记忆技巧：
催化剂具有“一变”和“两不变”的特点：
①“一变”，改变其他物质的化学反应速度；②“两不变”，a.在化学反应前后，催化剂本身的质量不变；b.在化学反应前后，催化剂本身的化学性质不变。
例6下列图像中能表示用一定质量的氯酸钾和二氧化锰制氧气时，二氧化锰在固体混合物中的质量分数（a%）随时间（t）变化的曲线图是（b时间表示反应已完全）（）
知识点7化合反应和分解反应
化合反应
分解反应
定义
由两种或两种以上的物质生成一种物质的反应
由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应
特征
表达式
A＋B＋…→C
C→A＋B＋…
实例
氢气＋氧气
水
水
氢气＋氧气
共性
都是化学变化
说明①只有一种生成物的反应不一定是化合反应，此外，化合反应也不特指由两种物质生成一种物质的反应。
②只有一种反应物的反应不一定为分解反应。
如氧气在放电条件下转变成臭氧：
氧气
臭氧，该反应中反应物只有一种，生成物也只有一种，故该反应既不属于化合反应，也不属于分解反应。
例7（温州中考）1774年，科学家拉瓦锡加热氧化汞产生气体，后来该气体被命名为“氧气”。
该反应的化学方程式为：
2HgO
2Hg+O2↑，则该反应的类型属于（）
A.化合反应B.分解反应C.置换反应D.复分解反应
易错点拨
易错点 实验室制取氧气的反应原理
例8（宜昌中考）在实验室用高锰酸钾制取氧气过程中，下列图像能正确表示对应变化关系的是（）
综合应用
例9在测定空气中氧气含量的实验中，小强采用了如图所示装置：
在由注射器和具支试管组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有铜粉的具支试管加热，同时缓慢推动注射器活塞，至铜粉在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，经小气球内的气体全部挤入具支试管内，观察密闭系统空气体积变化。
（1）在实验加热过程中，缓慢推动注射器活塞的目的是。
（2）小强测得实验结果如下：
反应前密闭系统内气体总体积
反应后密闭系统内气体总体积
25mL
22mL
由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数21%（填“＞”、“=”或“＜”）。
造成该实验出现误差的原因不可能是。
（填序号）
①没有缓慢推动注射器活塞②读数时没有冷却至室温③加入铜粉量太少④加入铜粉量太多
（3）通过上面的实验，你学到的测量混合物中某成分含量的方法是
。
巩固提升
1．如图所示，过氧化氢（H2O2）在催化剂二氧化锰的作用下，迅速分解放出大量氧气。
下列现象正确的是（）
A．气球缩小，红墨水左移
B．气球缩小，红墨水右移
C．气球不变，红墨水右移
D．气球胀大，红墨水左移
2．某同学利用如图装置测定空气中氧气的含量，红磷燃烧后恢复到室温，打开弹簧夹发现进入广口瓶中的水的高度不足广口瓶容积的
，造成这一现象的原因不可能是（）
A．实验时，将木炭代替红磷
B．实验中所取的红磷不足，瓶中氧气未反应完
C．插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内已有部分空气受热逸出
D．实验时，没有将弹簧夹夹紧
3．分别取两份相同质量、相同浓度的过氧化氢溶液，其中一份（用A表示）直接加热制取氧气，在另一份（用B表示）中加入少量的二氧化锰，下列关于A、B的图像正确的是（）
4．实验室加热一定质量的高锰酸钾制取氧气，随着反应的进行，试管内固体的质量逐渐减少。
如图中的点表示的含义错误的是（）
A．a点表示高锰酸钾的质量
B．b点表示高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰混合物的质量
C．c点表示生成二氧化锰的质量
D．d点表示高锰酸钾完全分解了
5．实验室可用MnO2作催化剂，加热分解KClO3制O2。
许多金属氧化物对KClO3分解有催化作用。
用下表中物质作催化剂，KClO3开始分解和剧烈分解时的温度如表所示。
若用KClO3来制O2，如果没有MnO2，最好选用的替代物是（）
使用的催化剂
MgO
CuO
Fe2O3
Al2O3
开始反应（℃）
490
305
470
515
剧烈反应（℃）
545
350
490
540
A.Al2O3B．CuOC．Fe2O3D．MgO
6.（嘉兴、舟山中考）如图所示，有人制作了一个家庭制氧装置。
该制氧装置由2个饮料瓶、2根软管和药剂构成，整套装置成本不到3块钱。
药剂包括过氧碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）和二氧化锰。
制氧时，先在两个饮料瓶中加入适量的水，再往甲瓶中加入药剂，产生的气体通过B管从乙瓶导出，即可供人吸氧。
（1）为了顺利地导出甲瓶中产生的氧气，A软管在甲瓶中应。
（填“不伸入液面”或“伸入液面”）
（2）药剂加入水中后会发生以下两个反应：
2Na2CO3·3H2O2=====2Na2CO3+3H2O2；
2H2O2
2H2O+O2↑
从化学反应的基本类型来看，它们都属于反应。
（3）已知总质量为110克的药剂可产生34克过氧化氢，则这包药剂完全反应会生成多少克氧气？
7.（温州中考）小明发现二氧化锰催化过氧化氢分解的实验中，反应速度逐渐变慢。
查阅资料得知：
其原因是过氧化氢的溶质质量分数减小以及二氧化锰的催化能力降低。
为了探究二氧化锰催化能力降低的影响因素，进行如下实验。
【材料准备】取三份质量均为2克的二氧化锰分别催化40毫升溶质质量分数为10%、20%、30%的过氧化氢溶液分解，实验后回收二氧化锰，并分别标为A、B、C；另取多次催化分解10%过氧化氢溶液实验后回收的二氧化锰，标为D。
【实验步骤】①连接实验装置并检查气密性。
②取未使用过的二氧化锰0.5克，加入锥形瓶中，再加入10毫升溶质质量分数为5%的过氧化氢溶液，记录收集120毫升氧气所需的时间。
③再分别取A、B、C、D组二氧化锰各0.5克，重复上述实验。
④多次实验取平均值，记录数据如下：
组别
未使用过的二氧化锰
A
B
C
D
收集氧气时间/秒
17.9
23.2
27.7
32.3
37.8
（1）实验时，长颈漏斗下端管口应在液面以下，其目的是。
（2）实验中，通过比较收集相同体积氧气所需的时间外，还可以通过比较
来反映二氧化锰的催化能力。
（3）由上表数据可知，引起回收的二氧化锰催化能力下降的因素是。
参考答案
第3章空气与生命
第1节空气与氧气
【要点详解】知识点1：
78%21%澄清石灰水例1C知识点2：
密闭容器减小1/5五氧化二磷偏小偏低例2A
知识点3：
供给呼吸难溶于例3B
知识点4：
无色无味不易淡蓝色白CO2淡蓝色蓝紫色白烟P2O5水 氧元素例4
（1）双氧水可以提供充足的氧气，让铁丝燃烧更持久
（2）剧烈燃烧，火星四射3Fe+2O2
Fe3O4
知识点5：
K2MnO4 MnO2KClH2O溶解密度带火星例5D
知识点6：
速度质量化学性质例6B
知识点7：
多变一一变多 例7B
【易错点拨】例8B
【综合应用】例9
（1）使空气中的氧气充分反应
（2）<④（3）通过化学反应除去混合物中的一种成分，再测量混合物在反应前后体积（或质量）的变化，从而得出该种成分的含量
【巩固提升】1—5.ACCCB
6.
（1）不伸入液面
（2）分解
（3）设可生成氧气质量为m，
2H2O2
2H2O+O2↑
6832
34克m
68/34克=32/m，m=16克
则可生成氧气质量为16克。
7.
（1）防止产生的气体从长颈漏斗中逸出
（2）相同时间内产生气体的体积（3）过氧化氢溶液的溶质质量分数、二氧化锰使用的次数
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