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第二单元　我们周围的空气
学业要求:根据《义务教育化学课程标准(2022年版)》描述编写
能通过实验说明氧气及空气中其他成分的主要性质,并能用化学方程式表示;
能举例说明物质性质的?泛应用及性质与用途的关系;
能利用氧气及空气中其他成分的性质,分析、解释一些简单的化学现象和事实;
能设计简单实验,制备并检验氧气。
空气的主要成分和用途(5年2考)
空气的污染及防治(5年3考)
污染物 有害气体(　 　等)和烟尘
危害 严重损害人体健康,影响农作物生长,破坏生态环境,其中全球气候变暖、臭氧层被破坏和酸雨等都与空气污染物有关
防治措施 加强大气质量监测,使用　 　能源,积极植树、造林、种草等
SO2、NO2、CO
清洁
PM2.5的来源:汽车尾气、工业废气、垃圾焚烧、地表沙尘等。
氧气的性质与用途(5年3考)
1.氧气的物理性质:标准状态下,氧气的密度比空气的
　 　,氧气　 　溶于水,其液体、固体呈
　 　色。
2.化学性质(能支持燃烧,具有氧化性,可与许多物质发生氧化反应)
淡蓝
略大
不易
反应 物质名称 现象 化学方程式
与金属 单质 反应 镁 在氧气中剧烈燃烧,发出　 　 ,生成 　 　,放出热量 　 　
铁 在空气中:只能产生红热现象 在氧气中:剧烈燃烧,　 　,生成 　 　,放出热量 　 　
铜 铜表面　 　 　 　
耀眼的白光
白色固体
火星四射
黑色固体
变黑
2Mg+O2 2MgO
3Fe+2O2 Fe3O4
2Cu+O2 2CuO
与非金属单质反应 木炭 在空气中燃烧发出红光,在氧气中燃烧更加　 　,发出　 　,放热,生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 　 　
硫 在空气中燃烧产生　 　火焰,在氧气中燃烧产生明亮的　 　火焰,放热,生成一种有刺激性气味的气体 　 　
磷 产生大量白烟,放热 　 　
氢气 产生　 　火焰,火焰上方罩一个干而冷的烧杯,其内壁出现　 　 　 　
剧烈
白光
淡蓝色
蓝紫色
淡蓝色
水珠
C+O2 CO2
S+O2 SO2
4P+5O2 2P2O5
2H2+O2 2H2O
与化合物反应 一氧化碳 产生　 　火焰,放出热量 　 　
甲烷 产生　 　火焰,火焰上方罩一个干而冷的烧杯,其内壁有 　 　出现,同时生成使澄清石灰水变浑浊的气体 　 　
酒精 产生　 　火焰,放出热量 　 　
蓝色
蓝色
水雾
蓝色
2CO+O2 2CO2
CH4+2O2 CO2+2H2O
C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O
　结合以上信息可总结出:氧气是一种化学性质
　 　的气体,在化学反应中提供氧,具有
　 　,是常用的　 　 。
3.氧气的用途:可　 　(用于气焊、气割、宇航等)和　 　(用于动植物呼吸、登山、潜水等)。
氧化性
比较活泼
供给呼吸
氧化剂
支持燃烧
做硫燃烧的实验时,集气瓶中应放少量水或碱液,吸收生成的气体SO2,以防止SO2污染空气。做红磷燃烧的实验时,集气瓶中放少量水,其作用是吸收热量,防止炸裂瓶底,并且吸收生成的P2O5(白烟),防止P2O5污染空气。做铁丝在氧气中燃烧的实验时,集气瓶底部铺一层细沙或放少量水,以防止熔融物溅落,炸裂瓶底。
影响化学反应速率的因素(5年2考)
　1.催化剂
概念 催化剂是指在化学反应中能　 　其他物质的化学反应速率,而本身的
　 　和　 　在化学反应前后没有发生变化的物质。“改变”包括“加快”和“减慢”两层含义
作用 催化剂在化学反应中起　 　作用
改变
质量
化学性质
催化
　2.影响化学反应速率的因素
(1)温度:　 　,可以加快化学反应速率。
(2)反应物的浓度:　 　,可以加快化学反应速率。
(3)反应物的接触面积:　 　,可以加快化学反应速率。
(4)催化剂:使用催化剂可以改变化学反应速率。
增大反应物的接触面积
升高温度
增大反应物的浓度
重难点一、催化剂及催化作用
化学研究小组在开展了“过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用”探究实验之后,又进行了“寻找新的催化剂”的探究实验。
【提出问题1】氧化铁能否用作过氧化氢分解的催化剂 如果能,它的催化效果如何
【设计实验1】
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
实验 现象
Ⅰ.分别量取5 mL 5%的过氧化氢溶液于A、B两支试管中,向A中加入a g氧化铁粉末,并分别在A、B两支试管中伸入带火星的木条,观察现象 A试管中产生气泡,带火星的木条复燃,B试管中无明显现象
Ⅱ.将实验Ⅰ中A试管内的剩余物质分离,将所得固体进行洗涤、干燥、称量 所得固体质量为a g
Ⅲ.将实验Ⅱ中得到的固体放入盛有5 mL 5%的过氧化氢溶液的试管中,向试管中伸入带火星的木条 有气泡冒出,带火星的木条复燃
Ⅳ.分别量取5 mL 5%的过氧化氢溶液放入C、D两支试管中,向C试管中加入a g氧化铁粉末,向D试管中加入a g二氧化锰粉末 —
　【实验结论】
(1)A试管中产生的气体是　 　。
(2)氧化铁可以作过氧化氢分解的催化剂,寻找该结论的证据主要是通过实验　 　展开的。
【实验评价】
(3)设计实验Ⅲ的目的是
　 　。
证明氧化铁的化学性质在化学反应前后保持不变
氧气
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
【资料信息】过氧化氢分解除了用二氧化锰作催化剂还可用氧化铜等物质作催化剂。
【提出问题2】氧化铜(黑色粉末)是否也能作氯酸钾分解的催化剂 它是否比二氧化锰的效果更好
【设计实验2】某同学以生成等体积的氧气为标准,设计了下列三组实验(其他可能影响实验的因素均忽略)。
实验 序号 氯酸钾质量/g 其他物质质量/g 待测数据
① 1.2 — x
② 1.2 氧化铜0.5 y
③ m 二氧化锰0.5 z
(4)写出氯酸钾在二氧化锰的催化作用下反应的化学方程式:　 　。
(5)上述实验应测量的“待测数据”是指
　 　。
(6)若实验②比实验①的“待测数据”更　 　(选填“大”或“小”),说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率,表中“m”的数值应该为　 　。
1.2
2KClO3 2KCl+3O2↑
收集等体积的氧气所需时间
小
(7)将实验②反应后的固体经过过滤、洗涤、干燥处理后,称量得到0.5 g黑色粉末,再将黑色粉末放入
　 (简述操作)。
　盛有适量的氯酸钾的试管中并加热,再用带火星的木条放在试管口,观察到木条复燃
【评价设计】
(8)你认为该小组同学设计实验③和实验②对比的目的是
　 　。
比较氧化铜和二氧化锰的催化效果
催化剂是在化学反应中能改变其他物质的反应速率,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。因此要证明氧化铁可以作过氧化氢分解的催化剂,需要证明氧化铁能改变反应速率(实验Ⅰ),且化学反应前后氧化铁的质量和化学性质不变(实验Ⅱ、Ⅲ),实验Ⅳ的目的是比较氧化铜和二氧化锰的催化效果。对比化学反应速率的快慢,可以测定收集等体积氧气所需的时间,时间越短,则反应速率越快。
学习了二氧化锰对过氧化氢分解有催化作用的知识后,小明同学提出氧化铜能否起到类似二氧化锰的催化作用呢 于是进行了以下探究:
【作出猜想】a.氧化铜不是催化剂,也不参与反应,反应前后质量和化学性质不变;
b.氧化铜参与反应,反应前后质量和化学性质发生了改变;
c.氧化铜是反应的催化剂,反应前后
　 　。
质量和化学性质不变
【进行实验】小明用天平称量0.2 g氧化铜,取5 mL 5%的过氧化氢溶液于试管中,实验过程如下:
(1)步骤③的现象是试管内有　 　产生,带火星的木条复燃;步骤⑥的结果是　 。
(2)步骤⑦的现象是溶液中有大量气泡产生,带火星的木条
　 　;由此可得出结论:猜想c成立。
(3)步骤①的目的是　 　。
(4)实验结论:氧化铜可以作为过氧化氢分解反应的催化剂,请写出该反应的化学方程式:　 　。
2H2O2 2H2O+O2↑
气泡
氧化铜的质量仍为0.2 g　
复燃
与后面的实验进行对比
下表是小明同学探究影响反应速率的部分因素的相关实验数据。
实验 序号 过氧化 氢溶液 浓度/% 过氧化 氢溶液 体积/mL 温度 /℃ 二氧化 锰的用 量/g 收集氧 气的体 积/mL 反应所
需的时
间/s
① 5 1 20 0.1 4 16.75
② 12 1 20 0.1 4 6.04
③ 30 5 35 — 2 49.21
④ 30 5 55 — 2 10.76
　(5)通过实验①和②对比可知,化学反应速率与
　 　有关;由实验③和④对比可知,化学反应速率与温度的关系是
　 　。
(6)用一定量15%的过氧化氢溶液制氧气,为了减小反应速率,可加适量的水稀释,生成氧气的总质量　 　(选填“减小”、“不变”或“增大”)。
不变
过氧化氢溶液的浓度
其他条件相同时,温度越高,反应速率越快
【解析】 【作出猜想】催化剂在反应前后质量和化学性质都不变。
【进行实验】(1)步骤③中带火星的木条复燃,说明有较多的氧气生成,故现象为有气泡产生。
氧化铜在该反应中作催化剂,催化剂在反应前后的质量和化学性质不变,故步骤⑥的结果是氧化铜的质量仍为0.2 g。
(2)氧化铜是该反应的催化剂,步骤⑦中氧化铜仍能催化过氧化氢生成氧气,故现象是带火星的木条复燃。
(3)步骤①是为了与后面的实验作对比,对比加入氧化铜前后过氧化氢的分解速率是否发生改变。
(4)过氧化氢在氧化铜催化作用下生成水和氧气, 化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑。
(5)实验①和②中,根据控制变量法,只有过氧化氢溶液的浓度不同,而反应的快慢不同,说明化学反应的速率与过氧化氢溶液的浓度有关;实验③和④的温度不同,温度越高,反应所需的时间越短,说明化学反应速率与温度的关系是其他条件相同时,温度越高,反应速率越快。
(6)稀释只会改变过氧化氢溶液的浓度,但过氧化氢的质量不变,因此不会改变生成的氧气的质量。

如何证明某物质可作某反应的催化剂
(1)证明化学反应速率改变。通过对比加入和不加入该物质时化学反应速率差别,证明该物质能改变反应速率。比较化学反应速率有两种方法,一是比较相同时间内产生的气体体积,二是比较产生相同体积的气体所需的时间。特别需要注意的是设计对比实验时要控制变量。
(2)证明反应前后该物质的质量不变。加入该物质之前,称量该物质质量为m1,加入该物质后,待反应充分进行,通过溶解、过滤、洗涤、干燥等步骤将该物质分离,再次称量该物质质量为m2,若m1=m2,则反应前后该物质质量不变。
(3)证明反应前后该物质的化学性质不变。将上述步骤中获得的干燥的固体物质进行重复实验,即再次加入过氧化氢溶液中,观察是否还能改变反应的速率,如果能改变,则反应前后该物质的化学性质不变。
【注意】加入催化剂不能改变生成物的质量。

重难点二、氧化反应与化合反应的关系
下列结论正确的是 ( )
A.氧化反应一定是化合反应
B.凡是有两种或两种以上物质参加的反应就是化合反应
C.铁丝在氧气中燃烧既属于氧化反应,又属于化合反应
D.混合物由多种物质组成,所以混合物中一定存在多种元素
C
A.氧化反应不一定是化合反应,如蜡烛的燃烧;B.两种或两种以上物质生成另一种物质的反应才是化合反应,生成多种物质时不是化合反应;C.铁丝在氧气中燃烧,因为有氧气参加反应,它属于氧化反应,又因为两种反应物生成另一种物质,所以又属于化合反应;D.混合物中可以存在多种元素,也可以只有一种元素,例如氧气和臭氧的混合物中只含有氧元素这一种元素。
化学中的许多概念之间存在着包含、并列、交叉等关系。下列有关概念之间的关系分析正确的是 ( )
A.化合反应和分解反应属于交叉关系
B.混合物和纯净物属于包含关系
C.化合反应和氧化反应属于并列关系
D.缓慢氧化和氧化反应属于包含关系
D
【解析】 A.化合反应和分解反应属于并列关系,错误;B.混合物和纯净物属于并列关系,错误;C.化合反应和氧化反应属于交叉关系,错误;D.氧化反应分为剧烈氧化和缓慢氧化,因此缓慢氧化和氧化反应属于包含关系,正确。
化合反应是由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应(多变一),属于基本反应类型。氧化反应是物质与氧发生的反应,其中氧可以是氧气,也可以是某些含氧元素的化合物,氧化反应不属于基本反应类型。化合反应和氧化反应属于交叉关系。

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