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空气氧气【核心知识】通过测定空气中氧气含量的实验，认识空气的组成了解空气中各成分的主要用途，认识到空气是一种宝贵的资源初步了解空气污染的危害，养成关注环境，热爱自然的情感掌握实验室制取氧气的原理和方法，了解氧气的工业制法认识催化剂和催化作用认识氧气能与许多物质发生化学反应并记住反应现象，知道氧气的化学性质认识氧化反应，知道氧气是一种最常见的氧化剂【要点精讲】1．空气（1）空气的成分：空气的主要成分是氮气和氧气，其中氮气约占空气体积的4/5，氧气约占1/5；空气含有的各种成分，按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%.（2）测量空气中氧气的含量本实验可用多种方法测定空气中氧气的含量，其原理都是在一定量的空气中，完全消耗其中的氧气而又不产生其他气体，导致压强减小，减少的体积即为空气中氧气的体积，因此在学习中应针对不同的实验，正确地观察现象，分析实验现象，得出正确的结论。（3）纯净物和混合物纯净物：由同一种物质组成，有固定的组成和性质。可以用专门的化学符号表示不同的纯净物，如用O2表示氧气，用NaOH表示氢氧化钠等。混合物：由两种或多种纯净物组成，没有固定的组成，也没有固定的性质，不能用化学符号表示。组成混合物的各种成分只是简单地混合在一起。它们之间没有发生化学反应，各种物质都保持着它们各自的性质。如空气、汽水等。2．氧气（1）氧气的工业制法一一分离液态空气法氮气方法导引：空气的成分一般是比较固定的，特别是氮气、氧气、稀有气体的含量几乎不变，这主要是自然界各种变化相互补偿的结果；空气中的可变成分是二氧化碳和水蒸气。方法导引：空气中其他气体和杂质指的是水蒸气、悬浮杂质（灰尘）以及一些不定气体。氧气空气降温加压蒸发-196℃空气液态空气氧气（液态）（2）氧气的实验室制法实验室制取气体时，需要从药品、反应条件、反应原理、制取装置、收集装置、操作步骤、检验方法、验满方法等方面进行考虑。①药品：过氧化氢溶液（俗称双氧水）、二氧化锰②反应原理：2H2O22H2O+O2↑③实验装置：（发生装置、收集装置）发生装置的选择依据：反应物的状态及反应条件。收集装置的选择依据：气体的水溶性、气体的密度。具体装置从略。④操作步骤：a.检查装置的气密性；b.将药品装入试管（或锥形瓶或广口瓶）中；c.从长颈漏斗或分液漏斗中加入过氧化氢溶液；d.收集氧气。⑤收集方法：a.排水法；向上排空气法。⑥检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条立即复燃，证明是氧气。⑦验满方法：a.用排水法集气时，如果集气瓶口有大气泡冒出，证明瓶中没有水，即已集满。b.用向上排空气法时，用带火星的木条放在集气瓶口（注意：不能伸入瓶内），若木条复燃，证明集满。（3）氧气的性质氧气是一种化学性质比较活泼的气体。它在氧化反应中提供氧，具有氧化性，是一种常用的氧化剂。反应物反应物在空气中燃烧在氧气中燃烧化学方程式木炭（主要成分是碳）黑色固体木炭红热、无烟、无焰、生成无色无味的气体剧烈燃烧，发白光、放热，生成无色无味可使澄清石灰水变浑浊的气体C+O2点燃CO2硫磺（硫）黄色粉末微弱的淡蓝色火焰、无烟、生成有刺激性气味的气体剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放热，生成有刺激性气味的气体S+O2点燃SO2红磷暗红色固体黄色火焰，放热有大量白烟产生剧烈燃烧，耀眼白光，放热，生成大量白烟4P+5O2点燃2P2O5MnO2铁银白色固体持续加热发红，离火后变冷用火柴引燃细铁丝，剧烈燃烧，放热，火星四射，生成黑色固体3Fe+2O2点燃Fe3O4石蜡白色固体黄白色光，明亮火焰，放热，稍有黑烟剧烈燃烧，发白光，放热（4）催化剂和催化作用在化学反应里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都没有变化的物质叫做催化剂，催化剂所起的作用叫催化作用。例题解析：【例1】如图，在一耐温并绝热的容器底部放足量的白磷，用力迅速将活塞下压，能观察到的现象是___________，然后慢慢将手松开，活塞最终回到_____（填数字）处。该实验说明__________________________________________________。【解析】这是一道理化综合题，首先要理解迅速将活塞下压过程中要做功，同时，由于白磷着火点比较低，白磷将燃烧，同时消耗空气中的氧气，在容器内外压强不变的情况下，活塞向下移动至“4”处。答案：白磷燃烧，容器内产生大量白烟；“4”；动能转化为化学能，白磷的着火点比较低，空气中氧气的体积占五分之一。【例2】某班级的探究小组在学习了催化剂的知识后，他们想研究氧化铜能否在氯酸钾的受热分解反应中起催化剂的作用，设计了以下的对比实验和后续操作：①任取两份氯酸钾，分别放入两支相同的试管，在其中一份中加入经精确称量的ng氧化铜粉末。②将两份氯酸钾同时在相同的条件下正确加热，将放出的气体通入水中，观察放出气体的快慢。③停止加热、冷却，将原先混有氧化铜的反应后的混合物加水溶解，小心过滤，得滤出物，洗涤并干燥。④观察滤出物的状态和颜色。方法导引：判断某物质是否作某个反应的催化剂，需把握催化剂的特点，即“一变二不变”。“一变”指改变其他物质的反应速率；“二不变”指此物质本身的的“质量”和“化学性质”在反应前后不变。54321白磷⑤将滤出物和炭粉混合，在密闭容器中高温加热，将反应产生的气体通入澄清石灰水中，并观察实验现象。（1）以上实验步骤，有一步不够严密，请指出是哪一步？______________（2）要达到实验目的，除改进不严密的实验步骤外，还必须增加一个实验步骤，这个实验步骤是______________________________________________。（3）若用另一个实验装置和操作替换第⑤步实验，也可以达到实验目的，请把图中仪器连接成一个符合实验目的的实验装置，这个实验装置的接口连接顺序是____接____；____接_____；______接_______。（气流的方向从左往右）【解析】对比实验是一项科研活动，要求控制变量，氧气产生的多少、快慢与很多量有关，如氯酸钾的质量、温度、是否有催化剂、加热的时间等。控制变量就是保证两份氯酸钾的质量相等，相同的温度，同时加热，只有一个量是可变的，那就是有无CuO。实验的目的是研究CuO在氯酸钾反应中的作用。所以第①步任取两份氯酸钾进行加热，人为地增加了变量，当出现不同的效果后，很难找到与结果相关的变量，这是不科学的。因为是研究CuO的催化作用，除了认真观察反应速率外，还要研究CuO在化学反应前后质量及化学性质是否改变。研究质量的变化，必须在反应结束后要精确称量滤出物质量；研究CuO化学性质的变化，必须通过实验⑤或(3)来验证。答案：(1)第①步；(2)精确称量滤出物质量；(3)afgd(或e)e(或d)b(或c)【技能训练】一、选择题1．下列说法中错误的是A．空气中稀有气体的性质最稳定B．由于氮气的化学性质不活泼，因此在焊接金属时常作保护气C．稀有气体在一定条件下也能与其它物质发生化学反应D．由于人和动物的呼吸，若干年后，空气中的二氧化碳和氧气的含量将会相等2．集气瓶里盛有氮气和氧气的混合气体（体积比为1：1），采用燃烧法除去氧气而得到较纯的氮气时，最好采用的试剂是A．铁丝B．红磷C．木炭D．硫磺3．下列物质中属于纯净物的是A．新鲜空气B．矿泉水C．液氧D．澄清石灰水4．下列叙述不属于氧气物理性质的是A．使带火星的木条复燃B．密度比空气略大C．没有颜色、没有气味D．不易溶于水5．氧气与人类的生活、工农业生产和科学研究有着很密切的关系。下列变化（或过程）与氧气无关的是A．白磷的自燃B．烧碱露置在潮湿的空气中C．食物的腐败D．将生铁露置在潮湿的空气中6．打雷放电时，空气中有极少量的氧气会转化为臭氧(O3)，下列说法中正确的是A．该变化是物理变化B．该变化是化学变化C．氧气和臭氧的分子结构相同D．氧气和臭氧组成的物质是纯净物7．下列说法中正确的是A．KClO3属于氧化物B．蜡烛在氧气中燃烧的反应属于化合反应C．空气是一种宝贵的自然资源D．氧气是一种可燃性气体8．如下图所示，甲、乙两个气密性良好的干燥集气瓶中都充满了空气。甲、乙两瓶中的燃烧匙内分别放有足量的红磷和木炭粉，a、b为弹簧夹，分别点燃红磷和炭粉，充分燃烧后，恢复至室温，同时打开a、b，则烧杯中的水可能进入A．甲瓶B．乙瓶C．同时进入甲、乙两瓶D．无法判断9．从安全、环保、节能、简便等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方法是A．通电使水分解：2H2O通电2H2+O2↑B．过氧化氢催化分解：2H2O22H2O+O2↑C．高锰酸钾加热分解：2KMnO4△K2MnO4+MnO2+O2↑D．氧化汞加热分解：2HgO△2Hg+O2↑MnO210．质量相等、溶质质量分数也相等的两份过氧化氢溶液，一份中混有少量二氧化锰，另一份加热，放出氧气的质量(m)与反应时间(t)的关系图像正确的是（a线是过氧化氢曲线，b线是混有二氧化锰的过氧化氢曲线）ABCD二、填空题11．右图是实验室收集氧气的装置图：这种收集氧气的方法称为_______集气法，可用此方法收集氧气的理由是_________________________________。另外还可以用________法收集氧气，其理由是__________________________。12．在“氧气的制取与性质”实验课上，某同学取一段纱窗网上的细铁丝，在自己收集的氧气中做“铁丝在氧气中燃烧”的实验，结果没有观察到“火星四射”的现象。请分析此实验失败的一种可能原因是_______________________。经过改进，实验成功了，其反应的化学方程式是_________________________，反应现象是________________。13．1785年，英国科学家卡文迪许通过实验发现，把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气（用红热的铜与氧气反应）和氮气以后，仍有很少量的残余气体存在，但这个现象没有引起卡文迪许的重视。100多年后，英国物理学家雷利发现：从氮的化合物中制取的氮气密度为1.250g/L，而从空气中分离出的氮气密度为1.257g/L.他没有忽视这微小的差异，对其进行了认真的研究，因此成功，雷利获得了1904年的诺贝尔物理学奖。请回答以下问题：（1）写出卡文迪许除去氧气的化学方程式_________________________，此反应属于____反应。（2）雷利的实验中，两种方法得到的氮气的密度有微小差别的主要原因是__________。（3）对比两位科学家的研究过程，你从中获得的启示是________________________。14．下表是我国部分城市空气质量周报的有关内容，阅读并回答下列问题：城市污染指数首要污染物空气质量级别城市污染指数首要污染物空气质量级别abmt0mt0abmt0ababmt0北京92TSPⅡ济南76TSPⅡ天津82TSPⅡ武汉83NOxⅡ哈尔滨96TSPⅡ重庆98SOxⅡ上海74NOxⅡ贵阳69TSPⅡ注：TSP一空气中的飘尘；NOx---氮的氧化物；SOx---硫的氧化物(1)最容易出现酸雨的城市是________；为减少城市酸雨的产生，可采取的措施是___（填序号）。①少用煤作燃料；②采用燃料脱硫技术；③向已经酸化的土壤中加石灰；④开发新能源。(2)汽车尾气(含CO、CO2与NO等物质)是城市空气的污染物，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个催化转换器，其特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，写出CO与NO反应的化学方程式______________________。控制城市汽车尾气对空气造成污染的方法是_____(填序号)。①开发氢能源；②使用电动车；③植树造林；④戴呼吸面具。