
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科学浙教版第3章 空气与生命第1节 空气与氧气学案
展开第一节 空气与氧气
知识点回顾
空气中的成分
装置图 注意点
a、可燃物要求:足量红磷
b、装置要求:气密性良好
c、操作要求:等到集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹
d、现象:有大量白烟产生,广口瓶内液面上升约1/5体积
e、结论:
空气是混合物;
O2约占1/5,可支持燃烧;
N2约占4/5,不支持燃烧,也不能燃烧,难溶于水
探究: ①液面上升小于1/5原因:装置漏气,红磷量不足,未冷却完全
②选择的药品应具备的条件:a、能在空气中燃烧;b、在空气中燃烧时只与氧气反应,不消耗空气中其他气体;c、燃烧后只产生固体或产生的气体可以被水或者气体溶液吸收
能否用铁、铝代替红磷?不能 原因:铁、铝不能在空气中燃烧
能否用碳、硫代替红磷?不能 原因:产物是气体,不能产生压强差。
概念分析:
混合物:是由两种或两种以上的物质混合而成(或由不同种物质组成)
例如,空气,溶液(盐酸、澄清的石灰水、碘酒、矿泉水), 矿物(煤、石 油、天然气、铁矿石、石灰石),合金(生铁、钢)
纯净物:由一种物质组成的。 例如:水、 水银、 蓝矾(CuSO4 ·5H2O)都是纯净物
注意:
纯净物、混合物与组成元素的种类无关。
一种元素组成的物质可能是纯净物也可能是混合物,多种元素组成的物质可能是纯净或混合物。氧气和臭氧混合而成的物质是混合物,红磷和白磷混合也是混合物。冰与水混合是纯净物。 名称中有“某化某”“某酸某”的都是纯净物,是化合物。
空气污染物 主要来源 突出的危害
气态污染物 二氧化硫 含硫燃料的燃烧 引发呼吸道疾病、造成酸雨、破坏地面设施
氮氧化物 汽车、飞机的尾气 造成酸雨、破坏高空臭氧层
一氧化碳 汽车尾气、含碳燃料的燃烧 破坏输氧功能
氟氯烃 空调机 破坏高空臭氧层
固态污染物 可吸入颗粒物 汽车尾气、建筑、生活等城市垃圾扩散 能见度降低
空气污染 (1)空气污染源:工业、交通、生活污染源
(2)对空气造成污染的主要是有害气体(CO、SO2、氮的氧化物)和烟尘等。目前计入空气污染指数的项目为可吸入颗粒物、氮氧化物(NO、NO2)和二氧化硫SO2等。
目前环境污染问题:
臭氧层破坏(氟里昂、氮的氧化物等) 温室效应(CO2、CH4等)
酸雨(NO2、SO2等) 白色污染(塑料垃圾等)
空气污染物 主要来源 突出的危害
气态污染物 二氧化硫 含硫燃料的燃烧 引发呼吸道疾病、造成酸雨、破坏地面设施
氮氧化物 汽车、飞机的尾气 造成酸雨、破坏高空臭氧层
一氧化碳 汽车尾气、含碳燃料的燃烧 破坏输氧功能
氟氯烃 空调机 破坏高空臭氧层
固态污染物 可吸入颗粒物 汽车尾气、建筑、生活等城市垃圾扩散 能见度降低
(3)空气污染的危害、保护:
危害:严重损害人体健康,影响作物生长,破坏生态平衡.全球气候变暖,臭氧层破坏和酸雨等
保护:加强大气质量监测,改善环境状况,使用清洁能源,工厂的废气经处理过后才能排放,积极植树、造林、种草、废气除尘处理,煤炭综合利用,减少直接以煤为原料,开发新能源,植树种草等
氧气
氧气 物理性质:
通常情况下,氧气是一种无色、无味的气体。不易溶于水,密度比空气略大(比空气略重),液氧是淡蓝色的。
化学性质:
是一种化学性质比较活泼的气体,能与许多物质发生化学反应,在反应中提供氧,具有氧化性,是常用的氧化剂。
氧化反应:物质与氧(氧元素)发生的化学反应。
【燃烧现象描述:是否剧烈燃烧+火焰颜色+是否放热+生成物颜色、气味状态等其他性质】
用途:供给呼吸 (如潜水、医疗急救、高空飞行、潜水、登山)
支持燃烧 (如燃料燃烧、炼钢、气焊、作火箭发动机的助燃剂、制液氧炸药等)
【支持燃烧,但不具有可燃性,不能做燃料】
工业制备 分离液态空气法(原理:氮气和氧气的沸点不同 物理变化)
实验室制备氧气
(一)原理
2H2O2 MnO2 2H2O + O2↑ 固液不加热型
2KMnO4 △ K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 固固加热型
2KClO3MnO22KCl+3O2↑
式中二氧化锰的作用是:作为催化剂,加快反应速率
催化剂:在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。
注意:(1)催化剂特点—— 一变两不变
(2)改变反应速率,既可以加快也可以减慢;只改变速率不改变生成物的质量
(3)催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
(二)实验装置图:
(三)实验操作及注意点:
a、步骤:查—装—定—点—收—移—熄
b、注意点
①试管口略向下倾斜:防止冷凝水倒流引起试管破裂
②药品平铺在试管的底部:均匀受热
③试管口应放一团棉花:防止高锰酸钾粉末进入导管
④导管应稍露出橡皮塞:便于气体排出
⑤铁夹夹在离管口约1/3处
⑥排水法收集时,待气泡均匀连续冒出时再收集(刚开始排出的是试管中的空气)
⑦实验结束时,先移导管再熄灭酒精灯:防止水倒吸引起试管破裂
C、氧气的验满:用带火星的木条放在集气瓶口 检验:用带火星的木条伸入集气瓶内
补充:过氧化氢制氧气
查—装—定—加—收
若用长颈漏斗则需要伸到液面以下:防止生成的氧气从长颈漏斗口溢出。
用排空气法收集气体时,导管伸到集气瓶底部
1、 燃烧 燃烧定义:可燃物与氧气发生的发光、放热的剧烈的氧化反应
燃烧条件 灭火原理
物质本身是可燃物;
可燃物的温度达到着火点;
可燃物接触氧气(或空气) 清除可燃物或使可燃物与其他物质;
使可燃物温度降低到着火点以下;
隔离隔绝空气或氧气
燃料充分燃烧条件:燃烧时有足够空气;燃料与空气有足够大的接触面积。
【注意:着火点是物质固有属性,不能改变】
2、剧烈氧化:燃烧
缓慢氧化:铁生锈、人的呼吸、事物腐烂、酒的酿造
共同点:①都是氧化反应 ②都放热
3、爆炸:可燃物在有限的空间内急速燃烧,气体体积迅速膨胀而引起爆炸。
一切可燃性气体、可燃性液体的蒸气、可燃性粉尘与空气(或氧气)的混合物遇火种均有可能发生爆炸。
【爆炸不一定属于化学变化,比如气球爆炸、锅炉爆炸。但由燃烧引起的爆炸一定属于化学变化】
基础巩固
1.为了探究空气的对流运动,小明做了如图所示实验,以下说法不正确的是( )
A. 该实验可证明空气对流 B. 该实验可类比空气的对流
C. 管内的水按逆时针流动 D. 管内的水换做酒精也按逆时针流动
【答案】 A
2.区别空气和氧气两瓶气体的方法是 ( )
A. 比较气体的颜色 B. 闻气味 C. 用带火星的木条试验 D. 分别倒入澄清的石灰水
【答案】 C
3.人的生存离不开空气。下图为空气成分示意图,其中R指的是( )
A. 氮气 B. 氧气 C. 稀有气体 D. 二氧化碳
【答案】 B
4.下图是实验室氧气制备、收集、验满、验证性质的操作,其中正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】 A
5.有M、N、X、Y四种物质,在一定条件下充分反应后,测得反应物和产物在反应前后的质量如表所示,对该反应的下列说法错误的是( )
物质
M
N
X
Y
反应前/克
2
20
34
0
反应后/克
2
38
0
16
A. 该反应属于分解反应 B. 该反应属于化合反应
C. 该反应生成的N、Y的质量比为9:8 D. M在反应中可能作催化剂
【答案】 B
6.下列反应中,既属于化合反应,又属于氧化反应的是( )
A. 铁 + 氧气 四氧化三铁 B. 水 氢气 + 氧水
C. 锌 + 稀硫酸 硫酸锌 + 氢气 D. 甲烷+氧气 二氧化碳+ 水
【答案】 A
7.氮的固定有三种途径:生物固氮、自然固氮和工业固氮。请指出下列固氮方式所属的类型。
(1)闪电时氮气转化为一氧化氮:________。
(2)在高温、高压和催化剂作用下,氮气和氢气反应合成氨:________。
【答案】 (1)自然固氮
(2)工业固氮
8.实验课上,小明进行河水过滤与水的电解实验,根据要求回答下列问题。
(1)图甲为过滤装置,其漏斗中滤纸的放置方向应为________(填序号)
(2)图乙物品中可以替代滤纸进行过滤实验的是________。
(3)将过滤后的清水倒入图丙装置。通电后,发现a处收集的气体能使带火星的木条复燃,该气体为________。
【答案】 (1)②
(2)口罩
(3)氧气
9.小金用如图所示装置进行电解水实验测定水的组成。实验中关闭活塞并接通电源,开始一段时间后,A管内收集到的气体有6mL时B管内气体大约有________ ml,中间漏斗液面________ (选填“上升”、“不变”或“下降),A管中产生的气体是________,检验的方法是 ________
【答案】 12;上升;氧气;将带火星的小木条放在A管口,若木条复燃,则为氧气
思维拓展提高
10.水是化学实验中常见且用途广泛的一种物质。对下列各实验中水的主要作用的解释不合理的是( )
A. 硫在氧气中燃烧--集气瓶中的水:吸收放出的热量
B. 测定空气中氧气含量--量筒中的水:通过水体积变化得到氧气体积
C. 细铁丝在氧气中燃烧--集气瓶中的水:防止集气瓶炸裂.
D. 探究燃烧的条件--烧杯中的水:加热铜片,隔绝空气
【答案】 A
11下图是某密闭容器中物质变化过程的微观示意图(其中:●代表氧原子,○代表硫原子),该反应属于( )
A. 分解反应 B. 化合反应 C. 置换反应 D. 复分解反应
【答案】 B
12.如图所示的密闭装置中进行白磷燃烧实验,在白磷被点燃至装置恢复到室温的这段时间内,集气瓶中的气压随时间变化的图像最接近的是( )
A. B.
C. D.
【答案】 C
13.铁丝在氧气中燃烧的实验现象描述不正确的是( )
A. 生成三氧化二铁 B. 火星四射 C. 放出大量的热 D. 生成黑色固体
【答案】 A
拉分新题
14.用活性炭、氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、氮气的化学式填空:
(1)有毒的气体:________。
(2)能用于灭火的气体________。
(3)可用来作最清洁燃料的气体________。
(4)不能燃烧,但能支持燃烧的气体________。
(5)空气中含量最多的气体________。
(6)可用作冰箱去味剂的是________。
【答案】 (1)CO(2)CO2(3)H2(4)O2(5)N2(6)C
15.老师利用图甲装置测定空气中氧气的含量井结合现代传感器技术,测得过程中容器内气体压强、温度、氧气浓度的变化趋势如图乙所示。
(1)集气瓶中发生反应的化学方程式为________。
(2)该实验可以说明反应前后集气瓶内剩余的气体具有的化学性质是________。
(3)结合曲线,解释AB段气体压强变化的原因是________。
【答案】 (1)4P+5O2 2P2O5
(2)不可燃也不支持燃烧,不与水反应
(3)红磷燃烧放热,使集气瓶内气体受热膨胀,瓶内气压增大
16.小明利用图甲所示装置测定空气中氧气体积分数。点燃红磷后立即塞紧瓶塞,并通过传感器记录瓶中气压、温度及氧气浓度随时间变化的情况(如图乙)
(1)红磷燃烧生成五氧化二磷。写出该反应的化学方程式________。
(2)根据图乙,小明认为:燃烧过程中,气体温度升高对气压的影响大于氧气减少对气压的影响。请说明他的依据:________。
(3)根据图乙判断,t2时刻小明的操作是________。
(4)舍勒是最早制得氧气的化学家之一,他获得氧气的方法主要有以下两类:a.加热分解硝酸钾(KNO3)、氧化汞(HgO)、硝酸银(AgNO3)等;b.用二氧化锰与浓硫酸加热:2MnO2+2H2SO4(浓) 2MnSO4+2x+O2
①a中反应物均可制得氧气,因为这些物质在组成上具有的共同特点是________。
②b中物质X的化学式为________。
(5)“燃素说”认为一切可以燃烧的物质都是由“灰”和“燃素”组成,物质燃烧后剩下的是“灰”,而“燃素”本身变成了光和热,逸散到空中去了,所以物质燃烧后质量会减轻化学家拉瓦锡通过一些金属燃烧的定量实验,否定了“燃素说”的观点,并发现了氧气根据所学知识写出铁在氧气中燃烧的实验中,可以推翻“燃素说”的事实:________。
【答案】 (1)4P+5O2 2P2O5
(2)0-t1装置内氧气浓度减少、 温度升高但是气压增大
(3)打开止水夹
(4)都含有氧元素;H2O
(5)铁丝在氧气中燃烧后质量增加
17.下图中的甲、乙是实验室制取氧气的两种装置,请回答下列问题。
(1)写出甲装置中发生反应的化学方程式 ________。
(2)乙装置收集氧气时需要用带火星的木条来验满,这是利用了氧气的________性。甲、乙两种制取氧气的方法相比,乙方法的优点是________。
(3)若在丙装置中盛满水,用排水法收集(瓶口向上)一瓶氧气,气体从________端(填字母“a”或“b”)通入。若把红热的铁丝伸入装有氧气的集气瓶里,盛氧气的集气瓶预先加少量水,水的作用是________。
(4)某同学用排水法收集一瓶氧气,将带火星的木条伸入集气瓶中,木条不复燃,原因可能是________(答一条即可)。
(5)利用双氧水制取氧气的化学方程式为 ________。在用发生装置丁或戊制取氧气时,丁与戊相比,丁的优点是________ 。
【答案】 (1)2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
(2)助燃或氧化;操作简便、节能、安全 等(答一点即可)
(3)b;防止集气瓶受热破裂
(4)装置漏气(或反应物药品的量不足或一开始收集气体时集气瓶中没有装满水)(答案合理即可)
(5)2H2O2 2H2O + O2↑;可以随时补充反应所需双氧水 ,控制反应速率
18.科学兴趣小组学习了二氧化锰(MnO2)催化分解过氧化氢的实验后,进行如下实验。
(一)选择装置并检查气密性。
(二)称取0.1克的二氧化锰粉末加入容器中。
(三)量取50毫升溶质质量分数约1%的过氧化氢溶液加入容器中,记录一定时间内收集到的气体体积。
(四)改变二氧化锰的质量,重复上述实验,记录数据如下。
时间/秒
生成氧气的体积/毫升
0.1克MnO2
0.2克MnO2
0.3克MnO2
0.4克MnO2
40
49
61
75
86
80
77
87
90
92
120
89
92
92
92
160
92
92
92
92
(1)本实验探究的问题是________。
(2)实验中除了量筒外,还需要用到的测量仪器有________。
(3)为完成本实验,应选择下图气体发生和收集装置中的最佳组合是________。(选填序号)
【答案】 (1)二氧化锰的质量对过氧化氢分解快慢的影响(其它合理答案也给分)
(2)天平、停表(或秒表)
(3)②⑤
【考点】常用气体的发生装置和收集装置与选取方法,控制变量法
19.科学兴趣小组想研究影响过氧化氢(H2O2)分解速度的因素。在四支试管中分别加入0.2克二氧化锰 (MnO2)粉末,然后加入等量的不同溶质质量分数的过氧化氢溶液,观察气泡产生的速度,记录如下:
实验次数
1
2
3
4
H2O2溶液的溶质质量分数
1%
5%
10%
15%
MnO2质量
0.2克
0.2克
0.2克
0.2克
气泡产生的速度
+
++
+++
++++
(1)该实验研究的问题是:过氧化氢分解的速度与________的关系。
(2)为了检验产生的气体是否为氧气,请你写出检验的方法:________。
(3)实验完毕,可利用过滤法回收剩余溶液中的二氧化锰粉末。在过滤过程中,下列仪器不需要的有______________。
A.玻璃棒
B.酒精灯
C.天平
D.烧杯
E.漏斗
【答案】 (1)H2O2溶液的溶质质量分数
(2)将带火星的木条伸入试管中
(3)B,C
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