专题01 空气与氧气-《中考满分计划系列·化学》之二轮专题重整合

专题01 空气与氧气

考点
3年考频
常考题型分析
空气的成分
★
以选择题出现时主要考查空气的组成;以实验探究题出现时主要考查探究氧气在空气中的体积分数。
空气的污染与防治
★★
以选择题、填空题出现，主要考查空气污染物及污染物来源、防治空气污染的措施。
氧气的性质和用途
★★★
常以选择、填空题出现，主要考查氧气的化学性质的表现(如物质与氧气反应的现象)及氧气的用途。
氧气的制取
★★★
常以选择题、实验探究题出现，主要考查氧气的实验室制法、催化剂在化学反应中的作用及对催化剂的判断。


1、法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气成分，得出结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。
2、空气的成分及其体积分数（大约）
空气成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
水蒸气和其它成分
体积分数
78%
21%
0．934%
0.034%
0.02%
3、空气各成分的用途：
（1）分离液态空气制取各成分
降温 加热 氧气 该过程是物理变化
空气 液态空气 氮气
加压 稀有气体
原理：各成分沸点不同
（2）氮气用途：氮气 工业生产硝酸和氮肥，食品防腐，液态氮气用作制冷剂；
（3）氧气用途：①供给呼吸；②支持燃烧；
（4）稀有气体用途：稀有气体用作保护气，制作多用途电光源；可做电光源

1、药品选择：
生成物是固体，只与氧气反应。故选：红磷。
2、原理：
红磷在密闭容器中燃烧，消耗空气中的氧气生成固体五氧化二磷，使密闭容器中的压强减小，在外界大气压的作用下，烧杯中的水被压入集气瓶，进入集气瓶内的水的体积约等于消耗氧气的体积。反应的化学方程式：4P+5O22P2O5。
3、装置：

4、步骤：
连接装置，检查装置气密性；把集气瓶的容积分成5等份，做好记号；用止水夹夹紧胶管；在燃烧匙内放入过量的红磷；点燃燃烧匙中的红磷，立即伸入集气瓶中，把塞子塞紧；待红磷熄灭并冷却后，打开止水阀。
5、现象：
集气瓶中有大量的白烟生成，并放出热量；打开止水夹，烧杯中的水倒流到集气瓶中，并上升到约1/5处。
6、结论：
空气中的氧气含量大约是1/5；
7、误差分析
误差
原因
注意事项
测量结果偏低
红磷不足，氧气未耗尽
红磷要足量
装置漏气，使装置外的空气进入集气瓶中
装置气密性要好
过早打开弹簧夹，使进入集气瓶中的水的体积偏小
待集气瓶冷却至室温后再打开弹簧夹
测量结果偏高
胶皮管未夹紧，红磷燃烧时集气瓶内气体因受热顺着导管逸出
胶皮管要夹紧
燃烧匙伸入过慢，使装置内的气体受热逸出，导致进入集气瓶中的水的体积偏大
点燃红磷后迅速将燃烧匙伸入集气瓶

1.常用方法:
(1)燃烧红磷法(如图A);
(2)加热铜丝法(如图B);
(3)铁生锈法(如图C，暖宝宝中的发热剂为铁粉、水、食盐等)。

2.实验原理:
在密闭容器中，利用过量的红磷(或白磷、铜、铁等)耗尽氧气并生成固体，从而减小容器中的压强，通过测定倒吸入容器内水的体积或容器中气体体积的变化量来测定氧气的体积。
3.实验成功的关键:
(1)所选药品只能与空气中的氧气反应，不能消耗其他气体;
(2)药品应过量;
(3)装置气密性良好;
(4)反应后，等装置冷却至室温后，再读数。

1．物理性质
在标准状况下，氧气是无色、无味、不易溶于水的气体，密度比空气略大。在低温、高压时，可变成淡蓝色的液体或雪花状固体。
2．化学性质
（1）氧气的助燃性：带火星的木条在氧气中能够复燃，说明氧气能够助燃或支持燃烧，利用此性质可以区别N2和O2、CO2和O2。
（2）常见物质在氧气或空气中的燃烧
Ⅰ.与单质的反应
类型
物质
燃烧时出现的现象
化学方程式
反应示意图或注意事项
与
金
属
单
质
反
应
铁
在空气中：红热，离开火后变冷，不燃烧
在氧气中：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体
3Fe＋2O2 Fe3O4

集气瓶底部放少量水或铺一层细沙的目的是防止生成的高温熔融物溅落使集气瓶炸裂
镁
剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，生成白色固体
2Mg＋O2 2MgO

与
非
金
属
单
质
反
应
木炭
不同点：在空气中发出红光，在氧气中发出白光.
相同点：均放热；将充分燃烧生成的气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊
C＋O2 CO2

硫
不同点：在空气中，发出微弱的淡蓝色火焰；在氧气中，发出明亮的蓝紫色火焰
相同点：放热，生成无色有刺激性气味的气体
S＋O2 SO2
集气瓶预先装入适量的水或氢氧化钠溶液的目的是吸收生成的二氧化硫，防止生成物污染空气
红磷
放出大量的热，产生大量白烟
4P＋5O2 2P2O5

氢气
在空气和氧气中都燃烧，产生淡蓝色火焰，火焰上方罩着的干冷烧杯内壁出现水雾
2H2＋O2 2H2O
点燃氢气之前必须验纯
Ⅱ.与几种化合物的反应
物质
反应现象
化学方程式
注意事项
一氧化碳
在空气中燃烧，发出蓝色火焰，释放出热量
2CO＋O22CO2
点燃以前要验纯
甲烷
在空气中点燃，发出明亮蓝色火焰，生成无色气体和液体，释放热量
CH4＋2O2
2H2O＋CO2
点燃以前要验纯
乙醇
在空气中点燃，发出蓝色火焰，生成无色气体和液体
C2H5OH＋3O2
3H2O＋2CO2


1．实验室制法
Ø (1)反应原理及装置

①常温下：2H2O22H2O＋O2↑；可选用装置b或c。
②加热时：2KClO32KCl＋3O2↑或2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑；可以选用装置a。
(2)实验步骤及注意事项
Ø 实验步骤(以加热KMnO4制取氧气为例)：
①查：检查装置的气密性，将导管的末端插入水面以下，用手紧握试管，如果导管口冒气泡，说明装置不漏气。
②装：把药品装入试管内。
③定：将试管固定在铁架台上，铁夹要夹在试管中上部，试管口略向下倾斜。
④点：点燃酒精灯加热，先对试管均匀加热，然后对准药品部位集中加热。
⑤收：用排水法收集氧气时，当气泡连续均匀冒出时开始收集；当瓶里的水完全排完时，氧气集满。在水下用玻璃片盖住瓶口，将瓶子移出水槽，正放在桌面上。
⑥离：将导气管撤离水槽。
⑦熄：熄灭酒精灯。
注意事项：
①加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气时，试管口应略向下倾斜，防止冷凝水倒流进试管底部，引起试管炸裂。
②在实验装置中，导气管应刚刚露出橡皮塞，便于气体排出。
③停止反应时应先把导气管移出水面，再熄灭酒精灯，否则易使水槽内的水倒流回试管，引起试管炸裂。
(3)收集方法
①O2不易溶于水，所以可用排水法收集。
②O2密度比空气大，所以可用向上排空气法收集。
(4)验满方法
①若用排水法收集时，当看到气泡从水槽中冒出时，表明氧气已收集满(注意：集气瓶应竖直正放于桌面上)。
②若用向上排空气法收集时，用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明氧气已集满。
2．工业制法
工业上常采用分离液态空气的方法制取氧气，这一过程属于物理变化。
空气液态空气

1.实验室制法
(1)化学原理:
一般采用分解含氧化合物的方法制取氧气。常用5%的过氧化氢溶液分解制氧气(MnO2作催化剂);加热高锰酸钾(或氯酸钾和二氧化锰的混合物)制氧气。需要注意的是，不宜采用浓度较大的过氧化氢溶液，否则反应过于剧烈，生成的氧气中会含有较多的水蒸气。
(2)氧气能使带火星的木条复燃，人们常用这个原理鉴别氧气跟其他气体。需要注意的是验满只需将木条放在集气瓶口，而鉴别则需将木条伸入集气瓶中。此外，若气体样品中氧气的浓度较低，则该气体样品(如空气)也不能使带火星的木条复燃。
2.加热高锰酸钾制氧气的步骤
(1)主要操作是7大步，可用7个字来概括:查、装、定、点、收、离、熄，并用谐音“茶庄定点收利息”来加深记忆。
(2)注意事项。
①在试管口处放一团疏松的棉花，以防止KMnO4粉末在受热时进入导管。
②试管口稍微向下倾斜，以防止药品中的冷凝水倒流到热的试管底，使试管炸裂。
③用排水法收集氧气，等导管口气泡连续、均匀冒出时方可收集;若用向上排空气法收集氧气，导管口一定要插到集气瓶底部。

（1）空气污染物
空气的主要污染物有有害气体和粉尘。目前计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物(粒径在10微米以下的颗粒物，称PM10，又称飘尘)和臭氧等。
【特别提醒】
二氧化碳属于空气的组成成分，不是空气污染物。但二氧化碳的含量过高，会加剧温室效应。
（2）空气污染的危害：
严重影响人体健康，影响农作物生长，破坏生态环境，其中全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨等也都与空气污染有关。
（3）防治空气污染：
加强大气质量监测，改善环境状况；减少使用化石燃料，使用清洁能源；积极植树造林种草；禁止露天焚烧垃圾等。

1.目前计入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物和臭氧等。空气污染指数(API)越高，空气质量级别越高，而空气的质量状况越差。
2.温室效应、酸雨、臭氧层空洞是大气污染引发的三大全球性环境问题。
(1)温室效应:大气中二氧化碳等温室气体含量过高，使全球气候变暖，导致海平面上升、土壤沙漠化等。
(2)酸雨:空气中的二氧化硫、氮氧化物与水发生化学反应生成亚硫酸、硝酸，使雨水的pH