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1、第1讲空气 氧气,基础知识梳理,中考题型突破,河北考情探究,考点一空气的成分及用途,基础知识梳理,注意(1)最早得出空气是由氮气和氧气组成的结论的科学家是拉瓦锡。(2)空气中各成分含量表示的都是体积分数,而不是质量分数。,考点二空气中氧气含量的测定,1.测定原理红磷在密闭的容器中燃烧,消耗氧气,生成白色固体五氧化二磷。密闭容器内压强减小,大气压将水压入密闭容器,通过测定进入容器中水的体积来测定氧气在空气中的体积分数。注意测定空气中氧气含量的物质必须满足以下条件:能在空气中燃烧,消耗氧气;不与空气中的其他成分反应;燃烧产物必须是固体。一般用红磷,而不能用硫、碳、铁、镁等代替红磷(因为硫和碳燃烧后
2、都产生气体,导致测得的氧气体积有偏差;铁在空气中难以燃烧;而镁在消耗氧气的同时,还与氮气、二氧化碳反应)。,2.实验装置,3.反应原理该实验的反应原理为4P+5O22P2O5。,4.实验现象红磷燃烧产生大量白烟,冷却后打开止水夹,水沿导管进入集气瓶,进入的水的体积约为集气瓶原液面以上容积的1/5。,5.实验结论氧气约占空气体积的1/5;空气中约4/5体积的气体既不燃烧也不支持燃烧,且难溶于水。,6.误差分析(1)进入集气瓶的水的体积小于原空气体积的1/5的原因:a.装置漏气;b.红磷量不足,氧气未消耗完;c.装置未冷却至室温就打开止水夹并读数。(2)进入集气瓶的水的体积大于原空气体积的1/5的
3、原因:a.止水夹没夹紧;b.燃烧匙伸入集气瓶中的速度过慢等。,考点三空气的污染及防治,1.污染物:排放到空气中的粉尘和有害气体。有害气体主要是指SO2、CO、NO2和臭氧(O3)等。,2.污染物的来源:化石燃料的燃烧、汽车尾气、工厂排放的废气、扬尘等。,3.防治污染的措施:改变能源结构、改进生产工艺、废气处理后排放、植树造林等。注意(1)CO2是造成温室效应的原因,但不属于空气污染物。(2)目前计入空气污染指数的项目暂定为CO、SO2、NO2、可吸入颗粒物和O3等。,考点四氧气的性质,1.物理性质:氧气是一种无色、无味的气体,密度比空气略大,不易溶于水,液态、固态时均为淡蓝色。,2.化学性质:
4、氧气是一种化学性质比较活泼的气体,具有氧化性。能与许多物质发生化学反应,放出热量(见下表)。,注意(1)“烟”与“雾”的区别“烟”是固体小颗粒悬浮在空气中形成的;“雾”是小液滴悬浮在空气中形成的。(2)“光”与“火焰”的区别“火焰”是气态物质燃烧时的特有现象。一般来说,可燃性气体,熔沸点较低、易汽化的液体,熔沸点较低、易升华的固体,燃烧时除发光放热外都有火焰,如酒精、硫等。而不易汽化的可燃物燃烧时则没有火焰,只产生光(或火星)。,考点五氧气的制法,1.实验室制法在实验室里,常采用分解过氧化氢、加热氯酸钾和二氧化锰的混合物或加热高锰酸钾的方法制取氧气。(1)制取氧气的反应原理及实验装置,(2)检
5、验方法:将带火星的木条伸入集气瓶内,木条复燃,证明该气体是氧气。(3)验满方法:a.用向上排空气法收集时,把一根带火星的木条放在集气瓶口,若木条复燃,证明集气瓶内已收集满氧气;b.用排水法收集时,当瓶口出现大气泡时证明已满。,(4)用高锰酸钾制取氧气的步骤(谐音为:茶庄定点收利息)及注意事项:,2.催化剂(1)定义: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在化学反应前后都没有发生变化的物质叫催化剂。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。(2)特点:“一变二不变”。一变是改变其他物质的化学反应速率;二不变是反应前后催化剂本身的质量不变、化学性质不变。注意(1)催化剂“改
6、变”化学反应速率包括加快、减慢化学反应速率,不能片面地理解为加快化学反应速率。(2)催化剂不能改变生成物的质量,也不能使原来不反应的物质发生反应。,3.工业制法工业上制取大量氧气,常采用分离液态空气的方法。利用液氮与液氧的沸点不同,采取低温蒸发让氮气首先从液态空气中蒸发出来,剩下的主要就是液态氧。上述过程中发生的是物理变化。理一理可按“产生氧气的反应有哪些?消耗氧气的反应有哪些?”的思路理一理以O2为中心的相关物质间的转化关系,并力争能正确书写化学方程式。写出下列序号对应的化学方程式。,2H2O2 2H2O+O22KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2,3Fe+2O2 Fe3O4、2Mg+O
7、2 2MgO、2Cu+O2 2CuO2CO+O2 2CO2、CH4+2O2 CO2+2H2O、C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O,中考题型突破,题型一考查有关空气说法正误的判断该题型主要以选择题的形式考查空气的成分及各成分的用途、空气的污染及防护等与空气相关的知识点。,典例1(2018河北石家庄裕华一模)下列关于空气及其组分气体的说法中错误的是(C)A.工业上利用氧气和氮气的沸点不同,从液态空气中分离出氧气的过程属于物理变化B.二氧化碳过多能引起温室效应,但是二氧化碳对于自然界的植物非常重要,C.稀有气体曾被称为惰性气体,它们不能和任何其他物质发生化学反应,故常用作保护气D.按体积分数计
8、,空气中约含有氮气78%、氧气21%、其他气体和杂质1%,解析稀有气体曾被称为惰性气体,过去人们认为这些气体不与其他物质发生化学反应。随着科技的发展,人们发现在一定条件下,这些气体也能跟某些物质反应,故改称为稀有气体,故选C。,方法指导知道空气中各气体成分的体积分数、性质及用途是解决此类问题的关键。可按“物质的性质决定用途”的原则梳理相关知识,但这不是唯一的决定因素,还要考虑实际成本、来源、使用是否便利、安全等其他因素。,变式训练1(2017河北石家庄桥西一模)下图是有关空气组成的饼状图,下列说法不正确的是(A)A.图中Z代表的气体为稀有气体B.图中X代表的气体为氧气C.PM2.5是我市重要的
9、空气污染物之一,D.工业上可用分离液态空气的方法制取氧气,解析空气中各气体的体积分数:氮气约占78%,氧气约占21%,稀有气体约占0.94%,CO2约占0.03%,其他气体和杂质约占0.03%。图中Z代表的气体为稀有气体、CO2及其他气体和杂质。,题型二考查空气中氧气含量的测定实验该题型主要考查实验原理、装置设计、实验现象及结论分析、实验评价等知识。,典例2(2018河北邯郸一模)某兴趣小组对“空气中氧气含量测定”进行了再探究。【实验回顾】如图1所示是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置图。,(1)写出红磷燃烧的化学方程式:4P+5O2 2P2O5。,(2)红磷燃烧消耗空气中的氧气,
10、使瓶内压强减小,烧杯中的水倒吸进入集气瓶中。某兴趣小组用该方法测定的氧气含量常常远低于21%。【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量?【进行猜想】(1)装置漏气;(2)红磷的量不足,装置内氧气有剩余【实验与交流】在老师指导下,小明用过量的红磷进行该实验,用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度为8.85%。查阅资料得知,氧气浓度低于一定值时,红磷无法继续燃烧。【实验改进1】小明根据铁生锈的原理,探究用铁能否准确测定空气中氧气,的含量,于是进行了如图2所示实验。通过一周后测得的数据计算出空气中氧气的含量为19.13%。【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比,用铁丝生锈
11、的方法测定的主要优点是装置内残留的氧气更少,实验结果更准确。【实验改进2】为了加快反应速率,小明通过查阅资料,利用铁粉、炭粉、氯,化钠溶液等物质又进行了实验(装置如图3)。8分钟后测得的数据如下表:,请计算出空气中氧气含量:20.2%(计算结果保留一位小数)。【结论与反思】实验改进2中,小明没有将足量的药品堆在瓶底,而是将其分散于广口瓶内壁上,这样做的目的是增大铁粉与空气的接触面积,加快化学反应速率(其他合理答案均可)。【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀,生成铜绿铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3。若将图2中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验,请判断能否比较准确地测定空气中
12、氧气的含量,并说明理由:不能,因为空气中CO2含量只有约0.03%,铜不能将装置内的氧气消耗尽。,解析【实验回顾】红磷与氧气反应生成五氧化二磷固体,同时消耗空气中的氧气,使瓶内压强减小,烧杯中的水倒吸进入集气瓶中。【进行猜想】装置中的氧气还有剩余,说明另外一种反应物的量不足,即红磷的量不足。【交流与反思】铁丝生锈需要消耗氧气,该反应是缓慢氧化,时间足够的情况下,可以耗尽装置内的氧气,使实验结果更准确。【实验改进2】吸入集气瓶中水的体积即为被消耗的氧气的体积,则氧气在空气中的体积分数为(90.0 mL-63.6 mL)131.0 mL100%20.2%。【拓展延伸】空气中的二氧化碳含量太低,铜无
13、法将装置中氧气耗尽。,(2)改进思路实验过程中不打开装置,使实验装置始终保持密闭。(3)改进装置耗氧剂红磷不变:一是改变点燃红磷的方法(如图1、2);二是改变实验原理中用液体标示氧气体积的方法,直接用注射器来标示空气中氧气的体积(如图3)。,改用白磷做耗氧剂,实现不打开装置点燃白磷。主要加热方式有水浴(如图4)、生石灰(如图5)、电阻丝(如图6)、灼热铜丝(如图7)等。,改用“暖宝宝”中的发热剂(铁粉等)做耗氧剂,实现不打开装置完成实验。,改用铜丝(铜粉)做耗氧剂,直接使用注射器进行实验。,变式训练2(2017河北邯郸一模)如图所示实验用于测定空气中氧气的体积分数。红磷在空气中燃烧的化学方程式
14、是4P+5O2 2P2O5。关于该实验的下列说法中,正确的是ABDE(填字母序号)。A.实验时红磷一定要足量,B.点燃红磷前先用弹簧夹夹紧胶皮管C.红磷熄灭后立刻打开弹簧夹D.最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积E.该实验必须检查装置的气密性,解析红磷与空气中的氧气反应生成P2O5固体,冷却后,瓶内气体压强减小,外界大气压把烧杯中的水压入瓶内,故最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积;实验时必须要检查装置的气密性,若装置漏气,会使测定结果偏小;所取红磷一定要足量,以便于把瓶内的氧气充分消耗掉;点燃红磷前要先用弹簧夹夹紧胶皮管,防止红磷燃烧时,瓶内空气受热体积膨胀沿导管逸出,导致测定结果偏大;红磷熄灭
15、后,要冷却到室温之后再打开弹簧夹,否则会导致测定结果偏小,故C错误,其余说法均正确。,题型三考查氧气的性质该题型主要以选择题的形式考查不同物质在氧气中燃烧的实验现象以及相关化学方程式的书写等知识。,典例3(2018湖南邵阳中考)下列有关实验现象描述正确的是(B)A.硫在氧气中燃烧产生淡蓝色的火焰B.红磷在空气中燃烧产生大量的白烟C.碳在空气中燃烧生成二氧化碳D.将铁丝伸入盛有氧气的集气瓶中剧烈燃烧,解析硫在氧气中燃烧产生明亮的蓝紫色火焰;红磷在空气中燃烧产生大量的白烟;碳在空气中燃烧生成二氧化碳是实验结论的描述,不是实验现象;将铁丝伸入盛有氧气的集气瓶中不会剧烈燃烧,因为没有点燃。,方法指导熟
16、记常见物质在空气、氧气中燃烧的现象和产物,对实验现象的描述或叙述要恰当。能区分“能燃烧”“能支持燃烧”与“可燃性”的关系。描述实验现象时的注意事项:(1)不要错把实验结论当作实验现象不能把反应的生成物当作实验现象来描述,如不能把“木炭燃烧生成二氧化碳”当作实验现象。(2)注意“烟”“雾”“气”,以及“火光”“火焰”的区别“烟”是固体小颗粒在空气中扩散产生的现象,如熄灭蜡烛时会产生白烟。,“雾”是液体小液滴在空气中扩散产生的现象,如打开盛浓盐酸的试剂瓶的瓶盖,观察到产生大量白雾,而不是白烟。“气”是物质在通常状况下以气体状态存在,一般用颜色、气味来描述。“火光”是可燃性固体直接燃烧产生的。“火焰
17、”是气体燃烧产生的。,变式训练3(2018河北保定17中一模)对下列实验现象的描述不正确的是(B)A.硫在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰B.氢氧化钠的水溶液能使石蕊溶液变红C.红磷在空气中燃烧冒出大量的白烟D.细铁丝在氧气中燃烧火星四射,解析氢氧化钠的水溶液呈碱性,能使石蕊溶液变蓝,故选B。,变式训练4下列关于氧气的说法中正确的是(A)A.氧气在低温、高压的条件下可以转变为液体或固体B.氧气是植物光合作用的重要来源C.氧气的化学性质比较活泼,是可燃物D.因为氧气与氮气的密度不同,所以工业上用分离液态空气法制取氧气,解析氧气在加压、降温的条件下能变成液氧或固态氧;氧气是光合作用的产物;氧气没有可
18、燃性,不是可燃物;分离液态空气制取氧气依据的是液氧和液氮的沸点不同。,题型四考查氧气的制法该题型主要以填空简答题或实验探究题的形式考查实验室制取氧气的相关知识。,典例4(2018河北石家庄裕华一模)某化学兴趣小组同学利用下图装置探究气体的制取原理及气体的性质,请回答下列相关问题:,解析(2)更加安全、节能地制取氧气的方法是过氧化氢溶液与二氧化锰制取氧气,化学方程式为2H2O2 2H2O+O2;用装置可以收集氧气,理由是氧气具有不易溶于水也不与水反应的性质。(3)用装置和量筒来测量所制氢气的体积,氢气应从装置的b导管口进入。,方法指导掌握实验室制取氧气的反应原理、发生装置和收集装置的选择依据、实
19、验操作步骤、检验和验满方法、实验过程中应该注意的细节是解决此类问题的关键。,变式训练5(2017河北石家庄长安一模)请你结合下列装置图回答问题。(提示:选取装置时均填装置代号)(1)写出图中指定仪器的名称:长颈漏斗。(2)实验室用H2O2和MnO2制取和收集O2时应选用BD(或BE)装置相连接,反应,的化学方程式为2H2O2 2H2O+O2。如何确认集气瓶中O2已集满?答:把带火星的木条放在集气瓶口,若木条复燃,则说明氧气已集满(或看到集气瓶口有大气泡冒出,说明氧气已集满)。(3)氨气是无色有味的气体,密度比空气小,极易溶于水。实验室用固体氯化铵和固体熟石灰混合加热制取氨气,其气体发生装置应选
20、择A装置。,解析(1)题图中指定仪器的名称为长颈漏斗。(2)由于H2O2和MnO2的状态分别为固体和液体,且反应不需要加热,故应选用的发生装置为固液不加热型,即B装置;由于氧气密度比空气大且不易溶于水,故可以选择向上排空气法或排水法收集。用向上排空气法收集时,把带火星的木条放在集气瓶口,若木条复燃,说明氧气已集满;用排水法收集时,当看到集气瓶口有大气泡冒出,说明氧气已集满。(3)实验室用固体氯化铵和固体熟石灰混合加热制取氨气,由于反应物状态均为固体且反应需要加热,故气体发生装置应该选择固体加热型,即A装置。,课堂即时训练,1.(2018河北中考)下列有关空气成分的说法不正确的是(C)A.稀有气
21、体可用于制作霓虹灯B.氮气充入食品包装中可以防腐C.二氧化碳是一种空气污染物D.氧气主要来源于植物的光合作用,解析不同的稀有气体在通电时会发出不同颜色的光,可用于制作霓虹灯,A正确;氮气化学性质不活泼,可充入食品包装中用于食品防腐,B正确;二氧化碳是空气的组成成分,不是空气污染物,C错误;植物光合作用生成氧气,是空气中氧气的主要来源,D正确。,2.下列物质在氧气中燃烧,其中可观察到火星四射现象的是(C)A.木炭B.红磷C.铁丝D.硫粉,解析 铁丝在氧气中燃烧时火星四射,木炭在氧气中燃烧发出白光,红磷在氧气中燃烧产生白烟,硫在氧气中燃烧产生明亮的蓝紫色火焰。,3.测定空气中氧气含量通常使用的是(
22、C)A.硫B.木炭C.红磷D.蜡烛,解析实验室测定空气中氧气含量所选的物质应有以下特点:物质能与空气中的氧气反应,不与空气中其他成分反应,生成物中不含有气体。硫可在空气中燃烧,但其燃烧产物是二氧化硫气体;木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体或者一氧化碳气体或者两者的混合物;蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳气体和水,这些物质虽然消耗了氧气,但是生成物中都有气体,不能用来测定空气中氧气含量。红磷可在空气中燃烧,与氧气反应生成五氧化二磷固体,可用于实验室测定空气中氧气含量。,4.下列操作中,能鉴别空气、氧气和氢气三瓶气体的是(A)A.插入燃着的木条B.观察气体颜色C.闻气体的气味D.倒入澄清石灰水,解析向集
23、气瓶中分别插入燃着的木条,若木条燃烧更旺,则证明是氧气;若木条正常燃烧,则证明是空气;若气体能燃烧,则证明是氢气,该方法能一次性鉴别出这三瓶气体。空气、氧气和氢气均没有颜色,用观察气体颜色的方法无法鉴别。空气、氧气和氢气均没有气味,用闻气体的气味的方法无法鉴别。倒入澄清石灰水,三瓶气体中均无明显现象,无法鉴别。,5.用如图所示的实验测定空气中氧气的含量,下列操作会使测定结果偏大的是(C)A.装置漏气B.燃烧匙中放入的红磷量不足C.点燃红磷伸入瓶中时,没有立即塞紧瓶塞D.红磷燃烧结束后,没等装置冷却就打开弹簧夹,解析点燃红磷伸入瓶中时,没有立即塞紧瓶塞,会导致瓶内部分空气受热逸出,冷却后打开弹簧
24、夹,进入集气瓶内的水的体积会偏大,从而使测定的空气中氧气的含量偏大。,6.下图分别是实验室氧气制备、收集、验满、验证性质的操作,其中正确的是(A),解析B中收集氧气时应将导管伸到接近集气瓶底;C中验满时应将带火星的木条放在集气瓶口;D中集气瓶底部未放少量水或铺一层细沙。,7.关于催化剂的下列说法中,正确的是(C)A.化学反应后催化剂本身的质量减少B.化学反应后催化剂本身的质量增加C.催化剂可改变化学反应速率D.化学反应后催化剂的化学性质发生变化,解析化学反应前后催化剂本身的质量和化学性质均不变。,8.(2018河北中考)如图所示是测定空气里氧气含量的装置,气密性良好。在集气瓶内加入少量水,将水
25、面上方空间分为5等份,用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃红磷后,迅速伸入瓶中并塞紧塞子;待燃烧停止并冷却至室温后,打开弹簧夹。(1)红磷燃烧的化学方程式为4P+5O2 2P2O5。,(2)打开弹簧夹后,烧杯中的水能够进入到集气瓶中的原因是红磷燃烧消耗氧气,使集气瓶内气压减小,小于大气压。(3)实验结束,进入集气瓶中水的体积小于瓶内空间的五分之一,可能的一种原因是红磷量不足。,解析(1)红磷燃烧生成五氧化二磷,化学方程式为4P+5O2 2P2O5。(2)红磷燃烧消耗了集气瓶中的氧气,使集气瓶内压强减小,冷却至室温,打开弹簧夹后,外界大气压将烧杯内的水压入集气瓶中。(3)红磷量不足,不能将瓶内氧气耗尽,会使
26、进入集气瓶中水的体积小于瓶内原水面上方空间的五分之一。,9.氧气是一种化学性质比较活泼的气体,它可以和许多物质发生反应,根据如图所示实验,回答下列问题。(1)集气瓶中水的作用分别是:甲吸收二氧化硫,防止污染空气;乙吸收产生的白烟,防止污染空气;丙防止生成的熔融物溅落炸裂瓶底。(2)甲中的实验现象为发出明亮的蓝紫色火焰,放热,生成有刺激性气味的气,体;乙中反应的化学方程式为4P+5O2 2P2O5;丙中没有产生明显实验现象的原因是氧气不纯(或铁丝表面有锈等合理答案均可)。(3)上述三个反应的相同点是(填序号)。都是化合反应;都是氧化反应;生成物都是固体;都需要点燃;都是非金属与氧气反应;都伴随有
27、发光、放热的现象。,解析(1)题图甲中硫燃烧生成二氧化硫,集气瓶中水的作用是吸收二氧化硫,防止其污染空气;题图乙中红磷燃烧产生大量白烟,会污染空气,瓶底放水能吸收白烟防止污染;题图丙中铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁,为防止生成物溅落炸裂瓶底,需要在集气瓶中事先放少量的水或细沙。(2)硫在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰,放出大量的热,生成有刺激性气味的气体;铁在氧气中燃烧会产生明显现象,若氧气不纯或铁丝表面有锈,均会导致无明显现象。(3)铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁固体,红磷在氧气中燃烧生成五氧化二磷固体,硫在氧气中燃烧生成二氧化硫气体,这三个反应都是化合反应,都是氧化反应,反应都需要点燃,都有
28、发光、放热现象,故是相同点。,10.根据下列实验装置图填空:(1)写出上图所示装置中标有序号的仪器名称:试管,集气瓶。(2)实验室中用过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气,发生反应的化学方程式为2H2O2 2H2O+O2;制取气体时,组装好仪器后,应先检查装置的气,密性,再添加药品;收集氧气时,使用E(选填装置序号)所示的方法收集到的气体比较纯净。(3)若用氯酸钾固体制取氧气,反应的化学方程式为2KClO3 2KCl+3O2,因为反应物呈固态和反应条件是加热,所以发生装置应选用A(选填装置序号)。,解析(2)实验室制取气体时,在添加药品之前必须检查装置的气密性,以防装置漏气,收集不到气体。氧气密度比空气大且不易溶于水,故可用向上排空气法和排水法收集,但排水法收集的气体比排空气法收集的气体纯净,故选用装置E所示的方法收集到的氧气更纯净。(3)气体发生装置的选择取决于反应物的状态和反应条件,用氯酸钾制取氧气时,反应物状态为固态且反应需要加热,故应选择固体加热型反应装置,即装置A。,
