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空气是重要的物质(一)
知识框架
内容要求
(对应课标P21)
(1)能说出空气主要成分的体积分数，认识空气对人类的重要作用。
(2)认识氧气和二氧化碳的主要性质，能根据氧气和二氧化碳的性质设计实验，检验和区分氧气、二氧化碳。
(3)能基于氧气、二氧化碳的性质与用途，举例说明空气在改善人类生活、促进生产、经济发展及社会进步等方面的重要作用，参与大气保护、臭氧层保护、温室效应等社会性议题，提高环境保护、资源利用意识，认识科学对解决社会问题的重要作用。
内容要点
要点1　空气的成分及对人类的重要作用
1. 空气的成分(体积比)
气体成分 体积分数(％) 性质 用途
氮气 78 化学性质较不活泼，在一般条件下不易与其他物质反应 作保护气，食品袋中的防腐剂，制造化肥、炸药的重要原料，液氮冷冻等
气体成分 体积分数(％) 性质 用途
氧气 21 不易溶于水，密度比空气略大，化学性质比较活泼 供给呼吸，常作氧化剂
稀有气体(氦、氖、氩、氪等) 0.94 化学性质不活泼，通电时能发出不同颜色的光 作保护气，充制霓虹灯，用于激光技术，氦气密度小，用作气球填充气
气体成分 体积分数(％) 性质 用途
二氧化碳 0.03 能溶于水，密度比空气大，参与植物的光合作用 作温室气肥
其他 0.03
2. 空气中氧气体积分数的定量估测
装置图 注意点
试剂要求：足量红磷
装置要求：气密性良好
操作要求：待集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹
实验现象：大量白烟，瓶内液面上升约体积
实验结论：空气是混合物；O2约占 　　，不燃烧但可助燃
　
(1)液面上升 　小于　体积的原因：①装置漏气；②红磷量不足；③未冷却完全；④红磷等可燃物在低氧条件下会停止燃烧；⑤有部分水留在导管中。
(2)液面上升 　大于　体积的原因：①点燃红磷后伸入集气瓶慢了；②弹簧夹未夹紧，燃烧时有部分空气从导管溢出。
(3)选择的药品应具备的条件：
①能在空气中燃烧。
②在空气中燃烧时只与氧气反应，不消耗空气中其他气体。
③燃烧后只产生固体或产生的气体可以被水或其他溶液吸收。
小于　
大于　
【细节解读】
1. 空气是一种混合物。空气中各种气体的含量是体积分数，不能误解为质量分数。
2. 空气中氧气体积分数的估测实验中，不能用铁代替红磷的原因是铁不能在空气中燃烧；不能用木炭、硫代替红磷的原因是产物是 　气体　，不能产生压强差。
3. 空气对人类生活、生产的重要作用及工业上空气成分的分离。
气体　
(1)空气与其他物质一样具有质量，是一种重要资源。
(2)大气对浸在其中的物体会产生各个方向的压强，这种压强叫做大气压强。生活中的水泵、塑料吸盘挂衣钩、可以吸墨水的钢笔、吸饮料的吸管等，都是利用了大气压的作用。
(3)空气冷冻分离法：工业上先通过 　加压　、 　降温　的方法将空气液化，再利用液态空气中各成分的 　沸点　不同，可以从液态空气中分离出氧气、氮气和稀有气体。为了便于区别，人们将盛液氮的钢瓶漆成黑色，盛液氧的钢瓶漆成蓝色。
加压　
降温　
沸点　
【典例展示】
例1　2024年5月，武王墩墓出土的迄今为止东周时期最大的青铜圆鼎。博物馆常用空气中含量最多的气体保护文物。该气体是(　A　)
A. 氮气 B. 氧气
C. 稀有气体 D. 二氧化碳
A
例2　小金利用如图甲所示装置(气密性良好)和试剂测定空气中氧气含量，集气瓶中空气的体积为200mL，氧气传感器测得集气瓶内氧气的体积分数变化曲线如图乙所示。
　　
甲 乙
(1)实验开始时，用酒精灯加热粗铜丝，其目的是 　引燃白磷　。
引燃白磷　
(2)反应开始到止水夹打开前，集气瓶内可观察到的现象是 　白磷燃烧，产生大量白烟，放出热量　。
(3)小金提出“倒吸入集气瓶中水的体积除以200mL等于空气中氧气的含量”。据图乙分析，此说法 　错误　(选填“正确”或“错误”)，说明理由：
　白磷不能耗尽装置中的氧气　。
白磷燃烧，
产生大量白烟，放出热量　
错误　
白磷不能耗尽装置中的氧气　
要点2　氧气的性质及用途
1. 性质
(1)物理性质：无色、无味的气体，密度比空气 　略大　， 　不易　溶于水，液氧呈 　淡蓝色　。
(2)化学性质：是一种化学性质比较 　活泼　的非金属单质，具有 　助燃性　、 　氧化性　等。
略大　
不易　
淡蓝色　
活泼　
助燃
性　
氧化性　
2. 氧气与一些常见物质的反应
(1)氧气参与的缓慢氧化：金属生锈、食物腐败、呼吸作用等。
(2)氧气参与的剧烈氧化：燃烧(具体如下)。
物质 现象及化学方程式
碳 在空气中 　持续红热　，在氧气中 　发出白光　，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体
C＋O2CO2
持续红热　
发出白光　
物质 现象及化学方程式
磷 生成 　大量白烟　　4P＋5O22P2O5
硫 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，生成有 　刺激性气味　的气体　　
S＋O2SO2
大量白烟　
淡蓝色　
蓝紫色　
刺激性气味　
物质 现象及化学方程式
镁 发出 　耀眼的白光　，放出热量，生成 　白色固体　
2Mg＋O22MgO　4Al＋3O22Al2O3
铝
铁 在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成 　黑色　固体(Fe3O4)　3Fe＋2O2Fe3O4
石蜡 在氧气中燃烧发出白光，瓶壁上有水珠生成，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体
耀眼的白光　
白色固体　
黑色　
①点燃磷前，在瓶底铺水的目的：吸收产物P2O5，防止污染。
②点燃硫前，在瓶底铺水的目的：吸收产物SO2，防止污染。
③点燃铁丝前，在瓶底加水或铺沙的目的：防止熔融的高温物质接触瓶底，引起瓶底受热不均而炸裂。
④点燃铁丝前，用砂纸摩擦的目的：磨去铁丝表面的氧化物。
⑤点燃铁丝时，火柴的作用：引燃铁丝。
⑥铁丝伸入集气瓶的时机：待火柴即将燃尽。
3. 氧气的检验
将 　带火星　的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明是氧气。
4. 氧气的用途：呼吸(急救、登山、潜水、航天等)；冶炼金属；切割焊接金属；作氧化剂、助燃剂等。
带火星　
【典例展示】
例3　下列对实验现象的描述正确的是(　D　)
A. 红磷在空气中燃烧，产生大量白雾
B. 硫在空气中燃烧，发出蓝紫色火焰
C. 木炭在空气中充分燃烧，生成二氧化碳
D. 过氧化氢溶液中加入二氧化锰，迅速产生大量气泡
D
例4　如图所示是“铁丝在氧气中燃烧”实验的改进装置。实验时，打开分液漏斗活塞，通入干燥氧气约10秒，引燃铁丝下端火柴杆，伸入塑料瓶内，并对准玻璃管口正上方，观察到的现象是 　铁丝剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体　，改进后装置具有的优点是 　①②③　(选填序号)。
①氧气无须提前制备和收集，操作更方便；
②塑料瓶代替集气瓶，防止集气瓶炸裂，更安全；
③装置集氧气的制取、干燥和性质验证于一体，实验更优化。
铁丝剧烈燃烧，火星四
射，生成黑色固体　
①②③　
要点3　二氧化碳的性质及用途
1. 物理性质：无色、无味，密度比空气 　大　， 　能　溶于水，常温常压下呈气态，在 　加压　或 　降温　下，气态二氧化碳可转变为无色液体或雪状固体，固态二氧化碳俗称 　干冰　。
2. 化学性质：既不能燃烧，也不支持燃烧，不能供人呼吸；与水反应生成 　碳酸　(不稳定，受热易分解)，能使紫色石蕊试液变红色；能与NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等可溶性碱反应。
大　
能　
加压　
降温　
干冰　
碳酸　
4. 二氧化碳的应用：灭火、人工降雨、作制冷剂、作气体肥料等。
3. 二氧化碳的检验
将气体通入 　澄清石灰水　中，若产生 　白色沉淀　，说明该气体是CO2；其反应的化学方程式为 　CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O　。
澄清石灰水　
白色沉淀　
CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O　
【典例展示】
例5　下列二氧化碳的用途既利用其物理性质又利用其化学性质的是(　A　)
A. 液态二氧化碳用作灭火剂
B. 工业制纯碱、尿素
C. 干冰用于制造舞台上的云雾
D. 用作农作物的气体肥料
A
例6　将充满空气的气球放置在盛有空气的密闭容器中，气球沉入底部(如图甲)。若要使气球位置出现图乙中的变化，可以将密闭容器中的空气换成下列气体中的(　C　)
　　　
甲 乙
A. 氢气 B. 甲烷
C. 二氧化碳 D. 一氧化碳
C
要点4　臭氧层的作用、温室效应的成因、利弊
1. 臭氧层的作用
大气层的平流层中含有一层 　臭氧　气体，它可以吸收大部分(99％以上)太阳光中的 　紫外线　，保护地球上各种生物的繁衍和生长。
臭氧　
紫外线　
2. 温室效应的成因、利弊、如何控制
地球对流层中 　水蒸气　和 　二氧化碳　等气体允许太阳的热辐射透过，但却阻止地表热量的散发。这种现象被称为温室效应。温室效应使地球表面温暖湿润，生机盎然。但是，如果温室效应加剧，对流层阻止热量散发的能力太强，就会导致全球气候变暖，甚至加剧土地荒漠化，引起冰川融化和海平面上升。
控制温室效应的方法：①减少 　二氧化碳　等温室气体的排放(减少煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧)；②植树造林，增加对温室气体的吸收。
水蒸气　
二氧化碳　
二氧化碳　
【典例展示】
例7　我国向世界承诺：努力争取2060年前实现“碳中和”－－CO2排放量和转化量相等，达到相对零排放，为人类社会可持续发展贡献中国力量。
Ⅰ.了解二氧化碳排放
(1)CO2排放量增加可能引发的后果有 　ABCD　(选填字母序号，下同)。
A. 冰川融化，海平面上升
B. 极端天气频发
C. 土地沙漠化，造成农业减产
D. 影响自然生态系统，改变生物多样性
ABCD　
(2)空气中的CO2主要来自于 　AB　。
A. 动植物的呼吸作用
B. 化石燃料的燃烧
C. 植物的光合作用
AB　
(3)实验室制备CO2。根据下列仪器装置，回答问题。
①写出标号仪器的名称：a. 　试管　，b. 　集气瓶　。
②制取CO2可在A～E中选用装置 　BC　；装置F是在装置B基础上的改进，其优点是 　可以控制反应发生与停止　。
试管　
集气瓶　
BC　
可以控制反应发生与停止　
Ⅱ.探究二氧化碳转化
(4)CO2的吸收是其转化的有效方法。现有三种试剂：水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，你认为最佳的CO2吸收剂是 　2％NaOH溶液　，设计实验方案证明你的结论： 　用三只相同的塑料瓶收集二氧化碳，分别注入等体积的水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，盖上瓶盖，充分振荡，若注入2％氢氧化钠溶液的塑料瓶变瘪程度最大，说明2％氢氧化钠溶液吸收二氧化碳效果最好　。
2％NaOH溶液　
用三只相同的塑料瓶收集二氧化碳，分别注入等体
积的水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，盖上瓶盖，充分振荡，若注入2％
氢氧化钠溶液的塑料瓶变瘪程度最大，说明2％氢氧化钠溶液吸收二氧化
碳效果最好　
Ⅲ.研制低碳行动方案
(5)低碳行动涵盖国际合作、国家工程和个人行为三个层面。请从“个人行为”层面策应“低碳行动”，写出你的一个行动打算： 　出行乘坐公交车　。
出行乘坐公交
车　
要点5　空气污染
1. 空气污染物的主要来源
一般认为，空气污染物主要是 　污染性气体　(二氧化硫、氮氧化物等)和 　可吸入　颗粒物。
2. 空气污染物的防治
防治空气污染的方法：控制污染源，减少废气排放，提倡使用无污染能源，积极植树造林等。
污染性气体　
可吸入　
3. 空气质量预报的主要内容
空气质量状况预报包括 　污染指数　、 　首要污染物　和 　环境空气质量等级　。目前计入空气质量指数的污染物有SO2、NO2、可吸入颗粒物、O3和CO等。
污染指数　
首要污染物　
环境空气质量
等级　
【典例展示】
例8　社会发展需要人与自然和谐共生。生活中的下列做法，符合低碳环保理念的是(　A　)
①积极植树种草； ②乘公交车出行；
③废弃电池深埋； ④践行光盘行动；
⑤随意丢弃垃圾； ⑥自备购物布袋。
A. ①②④⑥ B. ①③④⑤
C. ②③④⑥ D. ②④⑤⑥
A
要点6　自然界中碳、氧和氮的循环
1. 碳和氧是生物体中最基本的元素。其中， 　碳　是地球上拥有化合物数量最多的元素， 　氧　是地壳里含量最高、分布最广的元素。碳循环和氧循环与人类生活密切相关。
碳　
氧　
2. 自然界的碳循环主要通过 　二氧化碳　来进行，主要途径如下：
(1)CO2→光合作用→有机物→植物的呼吸作用→CO2。
(2)CO2→光合作用→有机物→动物吸收→体内氧化→CO2。
(3)CO2→光合作用→有机物→动植物残体→微生物分解作用→CO2。
(4)CO2→光合作用→动植物残体→地下漫长反应→煤、石油、天然气燃烧→CO2。
二氧化碳　
自然界自发进行的碳循环，在很长的时期内始终处于一种 　动态平衡　的状态。大气中二氧化碳含量的稳定为地球上生物的生存提供了良好的条件。这是因为二氧化碳在大气的热平衡中起着重要的作用，能对地球产生一种“温室效应”。但随着人类对含碳能源的大量开采利用，以及对植被的破坏，致使更多的 　二氧化碳　排入大气而使全球气候发生变化。
动态平衡　
二氧化碳　
3. 自然界中氧气的含量由于生物的 　呼吸　和物质的 　燃烧　等而减少，但又因植物的 　光合作用　而增加，周而复始地进行循环，如图所示。
呼吸　
燃烧　
光合作用　
据碳、氧循环过程可知，自然条件下，水中的氧很难直接分解成氧气，但可通过植物的 　光合　作用而转变成氧气释放出来。因此，生态系统中的碳循环与氧循环有着密切的联系。
光合　
4. 氮是地球上极为丰富的一种元素，在大气中含量虽高但不能被绝大多数生物直接利用。要转化成能够被植物利用的含氮化合物，主要有三条途径：
(1)大气固氮：在闪电的作用下，把氮气转化成硝酸盐。
(2)工业固氮：在高温、高压和催化剂的条件下，把氮气转化成硝酸盐或氨。
(3)生物固氮：豆科植物的根瘤菌和某些蓝绿藻能够在常温下将大气中的氮气转变为硝酸盐。
植物从土壤中吸收铵盐或硝酸盐，用来合成氨基酸，再进一步合成各种蛋白质。动物以植物为食物，直接或间接利用植物合成的有机含氮化合物，如蛋白质等，经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中，一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外，最终进入土壤。动植物死亡后的遗骸中的蛋白质被微生物分解成铵根离子、硝酸根离子和氨又回到土壤和水体中，被植物再次吸收利用，从而完成生态系统的氮循环。
在现代社会中，现代农业大规模地使用化肥，化石燃料的燃烧向大气散发氮氧化物的气体后又被雨水吸收后返回地面，以及其他的人类活动都会对氮循环产生影响。
【典例展示】
例9　自然界存在多种元素及物质的循环。如图表示的是自然界中的(　C　)
C
A. 氮循环 B. 硫循环
C. 碳循环 D. 水循环
例10　氮是空气中含量最多的元素，也是构成生物体的必要元素之一。但是，空气中游离态的氮不能直接被大多数生物所利用，必须经过变化，并与其他成分形成化合物(如氨或铵盐等)，才能被植物利用。如图是自然界氮循环的示意图。请回答：
(1)一株绿色植物的幼苗(如小麦)，在生长过程中缺氮，其最可能出现的症状是 　B　(选填序号)。
A. 茎秆细小、易倒伏，叶有褐斑
B. 生长矮小，叶色发黄
C. 生长缓慢，叶色暗绿带红
D. 只开花不结果
B　
(2)工业上常用空气冷冻分离法来获得氮气(即由液态空气分馏来获得氮气)，这种方法制氮气的原理是利用了氮气与氧气哪一物理性质的差异？ 　沸点不同　。
(3)实验室制备少量氮气的方法很多。例如，可由亚硝酸铵来制取氮气，其反应如下：NH4NO2N2↑＋2H2O，该反应是属于 　分解　反应(选填“化合”“分解”“置换”或“复分解”)。
(4)空气中的N2转化为NH3的过程中，N元素的化合价由0价转变为 　－3　价。
沸点不同　
分解　
－3　
(5)有人认为：人类可以通过人工固氮，大量合成含氮化肥并施用于农作物，这将有助于人类粮食增产，但也会造成环境污染。你是否认同他的观点并阐述理由： 　认同，因为人工固氮为农田提供了更多的氮肥，有利于人类粮食增产，但大量使用合成含氮化肥并施用农作物，将会导致土壤板结；若土壤中的氮元素超标，被雨淋溶后，易导致水体富营养化污染等一系列环境问题(或不认同，因为人工固氮可以为农田提供更多的氮肥，有利于人类粮食增产，只要我们合理控制化肥的使用量，一般不会造成土壤板结、水体富营养化污染等环境问题)　。
认同，因为人工固氮为农田提供了更多的氮肥，有利于
人类粮食增产，但大量使用合成含氮化肥并施用农作物，将会导致土壤板
结；若土壤中的氮元素超标，被雨淋溶后，易导致水体富营养化污染等一
系列环境问题(或不认同，因为人工固氮可以为农田提供更多的氮肥，有
利于人类粮食增产，只要我们合理控制化肥的使用量，一般不会造成土壤
板结、水体富营养化污染等环境问题)　

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