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- 2021-11-06 发布
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第
5
课时
空气与氧气
第一篇 基础过关
考点一 空气的成分、用途及关注空气质量
1.
空气的主要成分
成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
其他气体
体积分数
(
大约
)
78%
21%
0.934%
0.034%
0.002%
气体
用途
氧气
主要用途
:
供给呼吸
,
可用于
等
;
燃料燃烧离不开氧气
,
用于
和金属焊接等
氮气
制造
硝酸和化肥
的重要原料
;
利用
其化学性质
,
可用作保护气
,
如灯泡里充氮气以
,
食品
包装中充氮气
以
;
医疗
上可用液氮冷冻麻醉等
稀有气体
(
包括氦、氖、氩
、氪
、氙、氡
)
稀有气体化学性质
,
在通电时能发出不同颜色的光
,
可制成多种用途的
电光源
,
如航标灯、强照明灯、闪光灯、
霓虹灯
等
;
氦可用于制造低温环境
2.
空气是一种重要的资源
医疗急救
钢铁冶炼
稳定
延长使用寿命
延长食品的保质期
非常不活泼
[
注意
]
①
空气中各成分所占比值指的是气体的体积分数。
②
一般来说
,
空气的成分比较固定。
3.
关注空气质量
目前计入空气污染指数的是
和
,
主要包括
:
、
、
、臭氧、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物等。污染指数在
0~500,
是一个相对数值
,
数值越
,
表示污染物的含量越
,
空气质量越好。
有害气体
烟尘
二氧化硫
一氧化碳
二氧化氮
小
少
考点二 测定空气中氧气的含量
1.
实验装置
(
如图
5-1
所示
)
图
5-1
2.
实验现象
铜粉变成
色
,
冷却后密闭装置内的气体体积约减少
。
黑
4.
实验误差分析
所测氧气的体积小于空气总体积的原因
:
(1)
装置
。
(2)
铜粉的量
,
没有耗尽氧气。
(3)
没有
就读数。
(4)
加热时
,
没有不断推拉活塞
,
氧气没有与铜粉完全反应等。
2
漏气
不足
2
冷却至室温
5.
注意事项
(1)
加热时
,
气体受热膨胀
,
为防止橡皮塞冲出
,
小气球起缓冲作用。
(2)
铜粉替代品需满足以下条件
:
只与空气中的氧气反应
,
且生成物为固体。若可燃物还能与空气中的其他气体反应
,
则注射器内气体体积减小量大
,
测定结果偏大
;
若燃烧生成其他气体
,
会使注射器内气体体积变化不大
,
导致测定结果偏小。
6.
变式装置
图
5-2
1.
物理性质
通常氧气是无色无味的气体
,
溶于水
,
密度比空气
,
液态或固态时呈淡蓝色。
2.
化学性质
氧气化学性质活泼
,
能与许多物质反应
,
同时氧气具有
性
,
能使带火星的木条
,
但不具有可燃性。
考点三 氧气的性质
不易
大
助燃
复燃
发出白光
,
放出热量
氧化
火星四射
黑色
氧化
明亮
氧化
考点四 氧气的制备
1.
氧气的实验室制法
药品
高锰酸钾
氯酸钾
过氧化氢
反应原理
发生装置
收集装置
实验步骤
①
查
:
检查装置的气密性
②
装
:
把药品装入试管中
,
使之平铺在试管底部
,
组装仪器
③
定
:
固定实验
装置
④
点
:
点燃酒精灯加热
⑤
收
:
收集气体
(
用向上排空气法或排水法
)
⑥
离
:
撤离
导管
⑦
熄
:
熄灭酒精灯
谐音记忆
:
茶庄定点收利息
①
查
②
装
③
定
④
收
⑤
离
(续表)
(续表)
验
满方法
用向上排空气法收集时
,
将带火星的木条放在瓶口
,
如果木条复燃
,
说明已收集满
检验方法
将带火星的木条伸入集气瓶内
,
如果木条复燃
,
证明是氧气
放置方法
收集
满氧气后
,
集气瓶应正立放置在桌面上
2.
工业制备氧气
利用液态氧和液态氮的
不同
,
采用分离液态空气的方法。此过程发生
变化。
沸点
物理
催化剂是指在化学反应中能
其他物质的
,
而本身的
和
在反应前后都没有改变的物质。即
“
一变两不变
”
。
催化剂在化学反应中所起的作用叫作
。
考点五 催化剂和催化作用
改变
化学反应速率
质量
化学性质
催化作用
[
提示
]
①
催化剂只改变化学反应速率
,
不能改变生成物的质量
,
也不能决定反应是否进行。
②
在化学反应前后
,
催化剂本身化学性质没变
,
物理性质可能会变。
③
催化剂改变化学反应速率
,
既包括加快
,
也包括减慢。
④
催化剂在化学反应前后不改变
,
在反应过程中有可能改变。
⑤
不同的化学反应有不同的催化剂
,
同一化学反应也可能有几种催化剂。
考点六 氧化反应、氧化物及自然界中的氧循环
1.
氧化反应与化合反应的关系
图
5-3
2.
化合物和氧化物的比较
化合物
氧化物
宏观组成
由两种或两种以上元素组成的纯净物
由两种元素组成的化合物
,
其中一种元素是氧元素
关系
3.
自然界中的氧循环
(1)
产生
:
绿色植物的
。
(2)
消耗
:
燃料的燃烧、动植物的
。
(3)
意义
:
维持了相对恒定的大气含氧量
,
构建了陆地、海洋和大气等环境的物质和能量平衡
,
为生态系统的正常运转提供可靠的资源保障。
4.
缓慢氧化
缓慢氧化进行得很慢
,
甚至不容易被察觉
,
如动植物呼吸、食物腐烂、酒和醋的酿造、农家肥料的腐熟等。
光合作用
呼吸作用
化学方程式网络构建
图
5-4
考向一 空气的成分及用途
(
6
年
3
考)
1.
[2019·
娄底
]
空气中含量较多且化学性质比较活泼的气体是
(
)
A.
氧气
B.
氮气
C.
稀有气体
D.
二氧化碳
[
答案
]
A
[
解析
]
空气的主要成分是氮气和氧气
,
氮气化学性质不活泼
,
氧气是比较活泼的气体。
2.
[2019·
天水
]
空气是一种宝贵的自然资源
,
由多种物质组成。下列说法错误的是
(
)
A.
氦气可用来填充探空气球
B.
氮气充入食品包装袋防腐
C.
二氧化碳是植物光合作用的基本原料
D.
氧气可用作火箭发射的燃料
[
答案
]
D
[
解析
]
氧气可以支持燃烧
,
不能燃烧
,
可用作火箭发射的助燃剂。
考向二 氧气的性质
(
6
年
1
考)
3.
[2019·
天津
]
下列对实验现象的描述不正确的是
(
)
A.
镁条在空气中燃烧
,
发出耀眼白光
B.
硫在氧气中燃烧
,
发出蓝紫色火焰
C.
蜡烛在空气中燃烧
,
生成二氧化碳和水
D.
氢气在空气中燃烧
,
产生淡蓝色火焰
[
答案
]
C
[
解析
]
蜡烛在空气中燃烧
,
生成二氧化碳和水是实验结论
,
不是实验现象。
4.
[2019·
苏州
]
下列关于氧气的说法正确的是
(
)
A.
分离液态空气获得氧气是化学变化
B.
植物的光合作用会消耗氧气
C.
氧气的化学性质不活泼
D.
液态氧可用作火箭助燃剂
[
答案
]
D
[
解析
]
分离液态空气获得氧气
,
是利用液态氧气、氮气的沸点不同
,
将其分离的过程中没有新物质生成
,
属于物理变化
;
植物的光合作用是指植物利用光能把二氧化碳和水转化成有机物
,
并释放氧气的过程
;
氧气是一种化学性质比较活泼的气体
,
许多物质都可以与氧气发生化学反应
;
氧气具有助燃性
,
所以液态氧可用作火箭助燃剂。
【
方法点拨
】
燃烧的实验现象描述及注意事项
现象描述
①
发光
:
发出
……
色的光
(
火焰
)
②
放热
:
放出热量
③
产物色、味、状态
:
生成
……
色
(
味
)
气体
/
固体
(
大量白烟
)
注意事项
①
区分
“
光
”
和
“
火焰
”:
气体燃烧有火焰
,
固体燃烧一般发光
②
区分
“
烟
”
和
“
雾
”:
一般生成物中液体为雾
,
固体为烟
③
区分反应物浓度
:
在氧气中燃烧更剧烈
④
区分现象与结论
:
能直观感受到的如色、味、状态等为现象
,
生成物名称出现时为结论
5.
[2019·
广东
]
燃烧是人类最早利用的化学反应之一。请回答
:
(1)
按图
5-5
进行铁丝在
O
2
中燃烧的实验
,
反应的化学方程式为
。该实验装置存在明显不足
,
改进措施是
。
[
答案
]
(1)3Fe+2O
2
Fe
3
O
4
在集气瓶底铺一层细沙
(
或放少量的水
)
[
解析
] (1)
为防止铁丝燃烧生成的高温熔融物溅落炸裂瓶底
,
应事先在集气瓶底铺一层细沙或放少量的水。
图
5-5
5.
[2019·
广东
]
燃烧是人类最早利用的化学反应之一。请回答
:
(2)
对比铁丝在空气中不能燃烧、在氧气中剧烈燃烧的现象
,
分析室内起火时
,
如果打开门窗
,
火会烧得更旺的原因是
。
[
答案
]
(2)
打开门窗起到补充氧气
(
或增大氧气浓度
)
的作用
[
解析
] (2)
铁丝在空气中不能燃烧
,
在氧气中剧烈燃烧
,
原因是氧气的浓度不同。室内起火时
,
如果打开门窗
,
火会烧得更旺
,
原因是打开门窗起到补充氧气
(
或增大氧气浓度
)
的作用。
图
5-5
6.
[2019·
常州改编
]
某化学兴趣小组利用如图
5-6
所示装置进行氧气的制取和性质实验。
(1)
仪器
a
的名称是
。
图
5-6
分液漏斗
6.
[2019·
常州改编
]
某化学兴趣小组利用如图
5-6
所示装置进行氧气的制取和性质实验。
(2)
实验中
,
点燃酒精灯后
,
可观察到硫粉在氧气中燃烧呈现
色火焰
;
装置
C
中的现象是
。
[
答案
]
(2)
蓝紫 溶液褪色
[
解析
] (2)
硫粉在氧气中燃烧
,
发出明亮的蓝紫色火焰
;
二氧化硫具有还原性
,
可以使高锰酸钾溶液褪色。
图
5-6
6.
[2019·
常州改编
]
某化学兴趣小组利用如图
5-6
所示装置进行氧气的制取和性质实验。
(3)
装置
D
的作用是
(
用化学方程式表示
)
。
[
答案
]
(3)2NaOH+SO
2
Na
2
SO
3
+H
2
O
[
解析
] (3)
二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水
,
化学方程式为
2NaOH+SO
2
Na
2
SO
3
+H
2
O
。
图
5-6
6.
[2019·
常州改编
]
某化学兴趣小组利用如图
5-6
所示装置进行氧气的制取和性质实验。
(4)
为了证明装置
C
中出现的现象不是由氧气造成的
,
在不改变装置的情况下
,
操作方法是
,
并观察装置
C
中的现象。
[
答案
]
(4)
点燃酒精灯前先通一段时间氧气
[
解析
] (4)
要排除装置
C
中出现的现象不是由氧气造成的
,
可以在点燃酒精灯前先通一段时间氧气
,
如果高锰酸钾溶液不褪色
,
说明溶液褪色与氧气无关。
图
5-6
6.
[2019·
常州改编
]
某化学兴趣小组利用如图
5-6
所示装置进行氧气的制取和性质实验。
(5)
实验时加入
6%
的过氧化氢溶液
51 g,
理论上可生成
氧气。
[
答案
]
(5)1.44 g
图
5-6
考向三 空气中氧气含量的测定
(
6
年
1
考)
图
5-7
7.
[2017·
常州
]
如图
5-7
是测定空气中氧气含量的实验装置。实验如下
:
用注射器抽取
30 mL
空气
(
活塞拉至
30 mL
刻度处
),
硬质玻璃管中空气的体积为
50 mL,
在硬质玻璃管中放入过量的铜粉
,
在右侧导管口套上瘪的气球
;
点燃酒精灯
,
反复推拉注射器和挤压气球
,
待充分反应后
,
冷却至室温
,
将气球中的气体全部挤入硬质玻璃管
,
注射器中气体的体积为
14 mL
。
(1)
写出铜粉与氧气反应的化学方程式
:
。
[
答案
]
(1)2Cu+O
2
2CuO
[
解析
] (1)
铜粉与氧气反应的化学方程式为
2Cu+O
2
2CuO
。
7.
[2017·
常州
]
如图
5-7
是测定空气中氧气含量的实验装置。实验如下
:
用注射器抽取
30 mL
空气
(
活塞拉至
30 mL
刻度处
),
硬质玻璃管中空气的体积为
50 mL,
在硬质玻璃管中放入过量的铜粉
,
在右侧导管口套上瘪的气球
;
点燃酒精灯
,
反复推拉注射器和挤压气球
,
待充分反应后
,
冷却至室温
,
将气球中的气体全部挤入硬质玻璃管
,
注射器中气体的体积为
14 mL
。
(2)
实验时
,
铜粉过量的目的是
;
(
填
“
能
”
或
“
不能
”)
用木炭
代替铜粉进行相同实验。
(3)
实验测得空气中氧气的含量为
。
图
5-7
[
答案
]
(2)
使氧气完全反应 不能
(3)
20%
(1)
除铜外用其他药品也可以完成该实验
,
替代品需满足的条件是
:
只与空气中的
反应
,
且生成物为
。若替代品还能与空气中的其他气体反应
,
会使测定结果偏
;
若替代品燃烧生成其他气体
,
会使测定结果偏
。
(2)
实验中不断推拉注射器的原因是
。
·
拓展延伸
·
氧气
固体
大
小
使空气流动与铜粉接触
,
保证铜粉与氧气充分反应
氮气的化学性质比较稳定
(
或氮气不与铜反应
,
合理即可
)
(4)
使用红磷利用如图
5-8
所示装置也可以测定空气中氧气的含量
,
可使用红磷代替金属铜的原因是
。红磷燃烧时的现象是
,
已知广口瓶液面以上被平均分为了
5
份
,
冷却后
,
你认为水进入广口瓶的体积约占液面以上体积的
。若最终测得氧气的体积分数偏小
,
则造成实验误差的原因可能有
(
答一点即可
)
。
图
5-8
红磷只与空气中的氧气反应且生成物为固体
产生大量白烟
装置气密性不好
(
或红磷的量不足或装置未冷却至室温就打开弹簧夹等
,
合理即可
)
8.
空气中氧气含量测定的再认识。教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分
(
实验装置如图
5-9
甲
)
。
[
经典赏析
]
该实验中选择使用汞的优点有
。
A.
实验过程中没有污染
B.
生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
C.
在汞槽中起到液封的作用
D.
能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽
图
5-9
[
答案
]
[
经典赏析
]
BCD
[
解析
][
经典赏析
]
汞蒸气有毒
,
该实验过程中可能会造成污染
,A
错误
;
反应生成的氧化汞受热分解生成汞和氧气
,B
正确
;
在汞槽中加入一定量的汞
,
可起到液封的作用
,C
正确
;
汞能与氧气反应
,
且能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽
,D
正确。
[
实验回顾
]
实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量
(
装置如图乙
),
写出红磷燃烧的化学方程式
:
。兴趣小组用该方法测出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)
,
装置内氧气有剩余
……
图
5-9
[
答案
]
[
实验回顾
]
[
进行猜想
]
红磷的量不足
[
解析
] [
实验回顾
]
红磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷。
[
进行猜想
]
红磷的量不足
,
会导致瓶内氧气未消耗完
,
使测量结果偏小。
[
实验与交流
]
在老师的指导下
,
小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验
,
用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为
8.85%
和
3.21%
。请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因
:
。
图
5-9
[
答案
]
[
实验与交流
]
白磷的着火点比红磷的着火点低
[
解析
] [
实验与交流
]
白磷的着火点比红磷的着火点低
,
白磷与氧气反应更充分
,
消耗的氧气更多。
[
实验探究
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。于是进行了实验
(
装置如图丙
)
。通过
7
天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
,
用铁丝生锈的方法测定的主要优点及原因
:
______________________________________
。
图
5-9
[
答案
]
[
交流与反思
]
铁生锈使装置内残留的氧气更少
,
实验结果更准确
[
解析
] [
交流与反思
]
铁生锈使装置内残留的氧气更少
,
实验结果更准确。
[
实验探究
2]
为了加快反应速率
,
小明通过查阅资料
,
利用铁粉、炭粉、氯化钠等物质又进行了实验
(
装置如图丁
)
。
8
分钟后测得的数据如下表
:
计算出空气中氧气含量为
(
计算结果保留到
0.1%)
。
图
5-9
实验前的体积
实验后的体积
集气瓶内空气
烧杯内蒸馏水
烧杯内
剩余
蒸馏水
131 mL
90.0 mL
63.6 mL
[
答案
]
[
实验探究
2]20.2%
[
结论与反思
]
通过上述实验探究
,
选择
(
填
物质名称
)
进行实验
,
可较为快速地完成实验
并减小实验误差。
[
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
Cu
2
(OH)
2
CO
3
]
。若将图丙装置中的细铁
丝换成足量的铜丝进行实验
,
请判断能否比较
准确地测定空气中氧气的含量
,
并说明理由
:
。
图
5-9
[
答案
]
[
结论与反思
]
铁粉、炭粉、氯化钠和蒸馏水
(
或白磷
)
[
拓展延伸
]
不能
,
因为空气中二氧化碳含量只有约
0.03%,
铜不能将装置内的氧气几乎耗尽
[
解析
] [
结论与反思
]
根据前面的分析可知
:
使用铁粉、炭粉、氯化钠和蒸馏水或者使用白磷进行实验
,
可较为快速地完成实验并减小实验误差。
[
拓展延伸
]
空气中二氧化碳含量约为
0.03%,
铜不能将装置内的氧气几乎耗尽
,
因此用铜丝进行实验
,
不能比较准确地测定空气中氧气的含量。
考向四 氧气的实验室制法
(
6
年
4
考)
图
5-10
9.
如图
5-10
是实验室制取气体的装置。
(1)
仪器
a
的名称是
。
(2)
实验室用过氧化氢制取氧气
,
其反应的化学方程式是
,
若从控制反应速率的角度考虑
,
应选择的发生装置是
(
填序号
)
。
[
答案
]
(1)
分液漏斗
(2)2H
2
O
2
2H
2
O+O
2
↑
B
9.
如图
5-10
是实验室制取气体的装置。
(3)
实验室若用氯酸钾和二氧化锰
(
作催化剂
)
制
取氧气
,
可选择
C
作发生装置
,
其反应的化学方程式是
。
(4)D
、
E
、
F
、
G
都是实验室中气体的收集装置
,
其中不能用来收集氧气的是
(
填序号
)
。
图
5-10
[
答案
]
(3)2KClO
3
2KCl+3O
2
↑ (4)D
(1)
用来制取氧气的物质
,
都含有
。
(2)
用过氧化氢制取氧气的优点是
。
(3)
使用分液漏斗代替长颈漏斗的优点是
。
(4)
若选用
C
装置在试管口放一团棉花制取氧气
,
请写出该反应的化学方程式
:
。加热时
,
试管口略向下倾斜的目的是
。
(5)
加热高锰酸钾制取氧气时
,
试管口放一团棉花的作用是
。
·
拓展延伸
·
氧元素
不用加热
,
操作简便
(
合理即可
)
可以控制反应速率
防止冷凝水回流导致试管炸裂
防止高锰酸钾粉末进入导管
(6)
选用
C
、
F
装置制取氧气
,
当
开始收集氧气
,
结束时应该先移出导管再熄灭酒精灯
,
目的是
。
(7)
不同收集方法的优缺点是
________________________________________________
___________________________________________________________________________
。
导管口有连续、均匀的气泡冒出时
防止水倒吸使试管炸裂
用排水法收集的氧气比较纯净
,
且不需验满
,
但制取的氧气中含有水分
,
做有关实验时需用浓硫酸干燥
;
用向上排空气法收集氧气操作简便
,
但相对不纯
,
且需要验满
10.
[2017·
宿迁
]
下列说法不正确的是
(
)
A.
空气中
N
2
的体积分数约为
78%
B.O
2
的化学性质比较活泼
,
具有可燃性
C.CO
2
是绿色植物光合作用的原料之一
D.
稀有气体化学性质稳定
,
可用作保护气
[
答案
]
B
[
解析
]
空气中氮气约占空气体积的
78%;O
2
的化学性质比较活泼
,
具有助燃性
,
没有可燃性
;CO
2
是绿色植物光合作用的原料之一
;
稀有气体化学性质稳定
,
可用作保护气。
[
答案
]
B
[
解析
]
催化剂能改变化学反应速率
,
可以加快反应速率
,
也能减慢反应速率
;
溶液是一种或几种物质分散在另一种物质中形成的均一、稳定的混合物
;
由分子构成的物质
,
分子是保持物质化学性质的最小粒子
,
由原子直接构成的物质
,
原子是保持物质化学性质的最小粒子
;
空气中氧气的体积分数约为
21%,
不是质量分数。
11.
[2019·
宿迁
]
下列说法中正确的是
(
)
A.
催化剂只能加快反应速率
B.
溶液一定是混合物
C.
分子是保持物质性质的最小粒子
D.
空气中氧气的质量分数约为
21%
12.
[2015·
宿迁
]
结合下列实验装置图回答问题。
(1)
实验室常用
H
2
O
2
在二氧化锰催化作用下制取
O
2
,
选用的发生装置是
________
(
填序号
),
反应的化学方程式
:
。
(2)
装置
C
是探究
FeCl
3
和
CuSO
4
对
H
2
O
2
分解效果的实验
,
可通过观察
(
现象
),
判断两者的催化效果。
B
图
5-11
产生气体的速率快慢
(3)
要证明
CO
2
不支持燃烧
,
密度比空气大的性质
,
你认为用
(
填
“D”
或
“E”)
装置
,
操作方法效果更好。
图
5-11
D