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第1节 空气与氧气
学习目标：
知识精讲 有的放矢
核心考点一：空气的主要成分
知识归纳
空气组成成分探究：
一般说来，空气的成分是比较固定的 空气的密度为 1.293克/升
空气的平均分子量：29
空气的利用：
O2的用途：供给呼吸；支持燃烧，也叫助燃，常用于焊接、切割金属等方面。
（2）N2：a性质：无色、无味的气体，难溶于水；不支持燃烧。化学性质较稳定。
b用途：灯泡中充氮气可延长使用寿命；食品包装充入氮气可防腐；制造化肥、炸药的重要原料；液氮可以做冷冻剂，医疗上用液氮冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织等。
（3）稀有气体：a氦、氖、氩、氪、氙和氡等气体的总称，是混合物。
b性质：无色、无味的气体，难溶于水，化学性质不活泼。
c用途：常用作保护气；做光源（稀有气体通电能发出不同颜色的光）。
（3）CO：1.二氧化碳可用于灭火；
2.固态二氧化碳（又称干冰）是一种致冷剂， 可用来保藏食品，也可用于人工降雨．二氧化碳是植物光合作 用的原料,是一种气体肥料二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。21cnjy.com
3.二氧化碳是植物光合作用的原料,是一种气体肥料。
4.二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。
典型例题 珠联璧合
【例题1】下列有关物质的性质及相关用途的叙述中，正确的是(　　)
①氧气易溶于水，使得鱼能在水中生存
②氮气的化学性质不活泼，可用作粮食和食品仓库的保护气
③氧气能支持燃烧，所以可用作火箭的高能燃料
④由于稀有气体有惰性，所以常用作保护气
A．①②③ B．①②④ C．①③ D．②④
【变式1】在航天活动中需要“人造空气”供航天员呼吸。这种“人造空气”中各成分体积含量为氮气约占70%、氧气占20%以上，此外还有二氧化碳等气体，非常接近空气比例。下列说法正确的是(　　) 【来源：21cnj*y.co*m】
A．空气中的氮气对人体呼吸没有任何作用，因此人造空气中可以不需要氮气
B．飞船内应充满纯净的氧气，这样会更有益于人的呼吸
C．我们周围的空气中各成分的体积分数是不变的，不随地域和季节的变化而变化
D．空气中的二氧化碳含量虽然很少，但是在自然界中是必不可少的
知识精讲 有的放矢
核心考点二：空气中氧气成分的测定
知识归纳
1、实验方案设计：
在相同气压下，看消耗掉氧气后，剩 余气体的体积占原空气的体积数用红磷燃烧，生成PO固体颗粒且可溶于水21教育名师原创作品
2、装置图
实验现象：
A、红磷燃烧发出黄白色火焰，放出热量，有大量白烟产生。
B、待集气瓶冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气总体积的1/5。
4、实验结论：空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5。
5、化学方程式： 4P + 5O2 2P2O5
6、注意事项：
a.装置的气密性要好，（否则测量结果偏小）；
b.所用的红磷必须过量，过少则氧气没有全部消耗完，会导致测量结果偏小；
c.要等集气瓶（装置）冷却后才能打开弹簧夹，（否则测量结果偏小）；
d.在实验前，导管应预先注满水，（否则测量结果偏小）
e.要先夹住橡皮管，然后再点红磷（否则测量结果偏大）；
f.点燃红磷伸入瓶中要立即塞紧瓶塞（否则测量结果偏大）。
红磷和氧气发生反应，P2O5溶于水，使 瓶内气体压强减小，打开止水夹后，大气 压把水压入集气瓶中，直至内外压强相等
另木炭燃烧生成的是气体二氧化碳，瓶内压 强只减小一点，倒吸入集气瓶的水就没有 1/5。就会使实验产生教大的误差。
典型例题 珠联璧合
【例题2】（2022 信阳一模）利用如图装置验证了空气中氧气的含量。下列叙述不正确的是（　　）
A．实验前需检查装置气密性
B．白磷可以用镁粉代替
C．白磷熄灭、试管冷却后再打开止水夹
D．最终量筒中液面约降至24mL刻度线处
【变式2】（2021秋 铜仁市期末）数字实验具有实时性，高精准，直观，对实验动态变化过程的展示和实验数据采集、加工、处理具有很强的优势。图1是空气中氧气含量测定的实验装置图。小丽在做该实验时在该装置上连接了一个气压传感器，测得集气瓶内的压强变化如图2所示。请你根据所学知识和图回答相应问题：
（1）在该实验中集气瓶和烧杯中都有水，它们的作用 　 　（填“相同”或“不同”）。
（2）在图2中B﹣C段和D﹣E段压强都增大，其中的原因分别是：B﹣C段 　 　；D﹣E段 　 　。
知识精讲 有的放矢
核心考点三： 氧气的制取
知识归纳
1．实验室里制取氧气的方法有：分解 H2O2 和加热分解 KMnO4 或 KCl O3 ，化学方程式为：
（1）2H2O2 MnO2 2H2O + O2 ↑
（2）2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑
（3）2KClO3 MnO2 2KCl + 3O2↑
工业上用分离空气制取氧气。——物理变化
在过氧化氢和氯酸钾制取氧气的反应中，用二氧化锰作为催化剂，它的作用是改变反应速度，本身的质量和化学性质在反应前后都不变。
实验室用高氯酸钾制取氧气的操作顺序：检查装置气密性→装入药品→固定装置→收集氧气；用KClO3制取时，若缺少催化剂MnO2，可加入少量KMnO4，因为KMnO4受热分解时会产生MnO2。21*cnjy*com
装置的改进与评价：
(1)将固液常温型装置中的长颈漏斗换成分液漏斗或注射器(如图A、图B所示)，改进后装置的优点是通过控制液体的滴加速度，从而控制反应速；
(2)C装置的优点是能随时控制反应的发生和停止。
总结：相比于高锰酸钾或氯酸钾，实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的优点是可随时添加液体、反应不需要加热、操作简便等。
实验室用高锰酸钾制取氧气的操作顺序：
第一步：检查装置的气密性。
第二步：将药品装入试管中，用一团棉花放在靠近试管口的地方，试管口略向下倾斜固定在铁架台上。
第三步：用酒精灯外焰给试管加热，先预热。
第四步：等气泡连续均匀再用排水法收集氧气。第五步：先撤导管，再灭酒精灯。
氧气的验满方法：将一根带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，就证明已经收满。
收集装置：
方法 排水法 向上排空气法
收集装置
选取依据 气体的密度及在水中的溶解性
不易溶于水且不与水反应 密度比空气大
优缺点 优点：①收集的气体较纯净；②易判断是否收集满缺点：收集的气体不干燥 优点：收集的气体较干燥缺点：收集的气体纯度不高
注意事项 当观察到瓶口有气泡冒出时，证明氧气已收集满 导气管应伸至集气瓶底部，目的是排尽集气瓶中的空气
检验和验满：
检验 将带火星的木条伸入集气瓶瓶内，如果木条复燃，证明收集的气体是氧气
验满 向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶瓶口，如果木条复燃，说明氧气已集满
排水法：当有大量气泡从集气瓶瓶口冒出时，说明氧气已集满
排水法收集的O2中有较多水蒸气。
排空气法收集的气体不能与空气中的物质反应。如NO能与O2反应，就不能用排空气法收集。
典型例题 珠联璧合
【例题3】利用下列原理制取氧气，具有反应快、操作简便、耗能少、无污染等优点的是(　　)
A．氯酸钾 氯化钾+氧气
B．高锰酸钾 锰酸钾+二氧化锰+氧气
C．过氧化氢 水+氧气
D．分离液态空气
【变式3】如图所示，①为制取氧气的发生装置(气密性良好)，其中的燃烧匙可以上下移动。②和③为氧气的收集装置。小金欲制取一瓶氧气，下列分析正确的是（　　）
A．在①中，将MnO2浸人H2O2溶液，MnO2可分解产生氧气
B．若用装置②收集氧气，需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集
C．可将带火星的木条放入瓶中进行验满
D．将装置①分别与装置②或③连接，均能达到实验目的
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【题1】．取4份等质量的KClO3，向其中3份中分别加入少量等质量的KMnO4、MnO2和Mn，分别在某温度下加热至质量不再改变，测定产生氧气的质量。然后将剩余固体溶于足量水中，添加过物质的组别中均有相同组成的不溶物。测定结果如下：
组别 ① ② ③ ④
加入物质 无 KMnO4 MnO2 Mn
产生氧气的质量/g 0 m1 m2 m3
不溶物的质量/g 0 w1 w2 w3
已知 m1＞m2＞m3，下列关于此实验的说法一定不正确的是（　　）
A．3种物质的加入都有利于KClO3分解放出氧气
B．残留不溶物的质量关系为 w1＜w2＜w3
C．三种催化效果的比较是KMnO4＞MnO2＞Mn
D．不加入其他物质时，KClO3也可以发生分解反应
【题2】．已知2KClO32KCl+3O2↑如图表示一定质量的KClO3和MnO2固体混合物受热过程中，某变量Y随时间的变化趋势，纵坐标Y能表示的是（　　）
A．固体中钾元素的质量
B．固体中锰元素的质量分数
C．反应中生成的KCl的质量
D．反应中生成的O2的质量
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【题1】人类离不开空气，下列有关空气及其成分的说法正确的是(　　)
A．洁净的空气是纯净物
B．空气中主要气体的体积分数由大到小依次是O2、N2、CO2
C．氮气的化学性质稳定，可做保护气
D．氧气约占空气质量的
【题2】（2021八下·西湖期中）以下对氧气性质和用途的叙述中错误的是（　　）
A．通常情况下，氧气是一种无色无味的气体；液化时变为淡蓝色
B．氧气不易溶于水
C．氧气能燃烧，供给呼吸
D．氧气是一种化学性质比较活泼的气体
【题3】（2021八下·杭州月考）根据如图所示实验，并阅读小资料，回答下列问题：
（1）图1中化学反应的文字式为　 　，图2中的反应现象为　 　；
（2）上述三个反应都属于氧化反应。从化学反应前后氧元素化合价变化分析，氧气在上述反应中具有氧化性的原因是氧元素的化合价　 　（填“升高”或“降低”）。
【题4】有关催化剂在化学反应中的说法中正确的是(　　)
①质量变小②质量不变 ③化学性质改变④化学性质保持不变⑤能加快反应速率⑥若用双氧水制氧气时忘记添加二氧化锰，会使氧气的生成量减少⑦二氧化锰可以作为各种化学反应的催化剂
A．①③ B．②④⑤ C．②④ D．④⑥⑦
【题5】（2021八下·义乌期中）科学课上做“用红磷燃烧测定空气中氧气的体积分数”的实验时，由于红磷燃烧生成 的 P2O5 对人体有一定危害，小明改用氢气燃烧来测定空气中氧气的体积分数，设计 的实验装置如图所示，实验时用夹子 B 夹住橡胶管，打开夹子 A，点燃纯净的氢气 并迅速插入甲瓶中，使氢气在甲瓶中燃烧。（提示：氢气的燃烧产物是水，CO 的 燃烧产物是二氧化碳）
（1）当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，对夹子的操作应是　 　。
（2）实验测得甲瓶中氧气的体积远小于瓶中空气体积的 1/5，写出一种可能的原因：　 　
（3）有同学提出，若用 CO 取代 H2，进行如上操作也能完成氧气体积分数的测定， 你是否认同 并简要说明理由：　 　。
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【题1】．（2022春 沂源县校级月考）以下关于几种物质燃烧实验的描述，不正确的是（　　）
A．木炭在氧气中燃烧比在空气中更旺，生成的气体可以让带火星的木条复燃
B．铁丝在氧气中燃烧火星四射，生成黑色固体
C．红磷在空气中燃烧，发出黄色的火焰，产生大量白烟
D．镁带在空气中燃烧发出耀眼白光，生成白色粉末
【题2】．（2021秋 灌云县期末）如图装置测定空气中的氧气含量，可在闭合电源开关后利用电阻丝放热引燃白磷。下列有关说法正确的是（　　）
A．实验前倾斜U型管，若管内液体始终水平，则装置气密性良好
B．白磷燃烧时，可观察到右侧管内液面降低
C．若电阻丝本身消耗氧气生成某种固体，则实验结果偏小
D．装置未完全冷却时，左侧管内液面始终低于1刻度处
【题3】．（2022 广西一模）下列有关空气的说法中，不正确的是（　　）
A．空气成分中含有水蒸气
B．稀有气体可制成多种用途的电光源
C．空气的成分按体积计算，氮气约占78%
D．氮气的化学性质不活泼，不能与任何物质发生反应
【题4】．（2021秋 铜仁市期末）某同学误将少量高锰酸钾当成二氧化锰加入氯酸钾中进行加热制取氧气，部分物质质量随时间变化如图所示。下列关于该过程的说法正确的是（　　）
A．t2时刻，O2开始产生
B．c代表二氧化锰和氯化钾
C．氯酸钾分解产生氧气的质量为m﹣n
D．t3时刻，表示生成氧气的质量达到最多
【题5】．（2021秋 泰安月考）下列关于氧气物理性质的叙述，正确的是（　　）
A．通常状况下，氧气是一种无色无味的气体
B．液态氧是无色的
C．氧气易溶于水
D．氧气的密度比空气略小
【题6】．（2022 南充模拟）北京冬奥会理念之一是“绿色”，下列行为不符合这一理念的是（　　）
A．禁止露天焚烧秸秆 B．发展燃煤火力发电
C．推广新能源公交车 D．限制燃放烟花爆竹
【题7】．（2021秋 商州区校级期末）2021年5月15日，中国“天问”一号探测器成功着陆火星。
（1）“天问”火星探测器通过长征5号运载火箭发射，长征5号火箭使用了液氧，是利用氧气能　 　的化学性质，燃烧过程中，　 　能转化为大量热能。
（2）火星拥有丰富的金属矿物和一些资源。火星低层大气的主要成分如表。
气体成分 二氧化碳 氮气 氩气 氧气 其他
体积分数/% 95.32 2.7 1.6 0.13 0.25
为鉴别一瓶模拟“火星低层大气”组成的气体和一瓶空气，可选用的试剂是 　 　。
（3）化学家提出“镁粉在火星上可以扮演地球上煤的角色”，结合火星低层大气成分推测Mg一定还能在 　 气体中燃烧。2·1·c·n·j·y
【题8】．（2021秋 浦北县期末）每年的6月5日是世界环境日，我国倡导社会各界着力践行人与自然和谐共生和绿色发展理念，共同履行环保责任，呵护环境质量。
（1）PM2.5是指大气中直径　 　（选填“大于”或“小于”）或等于2.5微米的颗粒物。
（2）下列行为不会形成PM2.5的是 　 　（填序号）。
A.汽车尾气排放
B.焚烧秸秆
C.风力发电
（3）计入空气污染指数的项目中除了可吸入颗粒物外，还包括 　 　（填序号）。
①CO2 ②SO2 ③N2 ④H2O（气）
（4）写出PM2.5对人类健康的危害：　 　（写一点即可）。
（5）改善空气质量需要全民行动，作为中学生的你能做的一件事是：　 　。
【题9】．（2021秋 大兴区期末）用如图实验测定空气中氧气的含量。
（1）白磷燃烧反应的化学方程式为 　 　。
（2）管2中观察到的现象是 　 　。
（3）实验结束后，测得管1中水面高度为c，则空气中的氧气含量为 　 　（用含a、b、c的代数式表示）。21·世纪*教育网
【题10】．（2022 宁波一模）某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验：
实验1：用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数，如图甲所示。
实验2：按图乙所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂，利用铁与水和氧气反应生成红色固体铁锈的原理测定空气中氧气的体积分数。
（1）为提高实验的准确性，实验前都必须进行的操作是 　 　。
（2）实验1中的现象：红磷燃烧，　 　，放出大量的热。
（3）实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、图丁所示。由此可知，　 　（填“实验1”或“实验2”）的测定方法更准确。21教育网
【知识与技能】
知道空气的组成、各成分的性质及用途，能用实验说明空气是混合物。
【过程与方法】
通过实验探究空气的组成，了解探究的一般过程；联系生活经验，认识纯净物和混合物；培养学生自主学习能力。
【情感态度与价值观】
通过对空气的组成的实验探究，激发学习和探究的兴趣，培养合作和勤于思考的科学作风，体验探究成功的乐趣。
【重点难点】
【重点】
知道空气的组成，掌握各成分的性质及用途。
【难点】
空气中氧气含量的测定。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)第1节 空气与氧气
学习目标：
知识精讲 有的放矢
核心考点一：空气的主要成分
知识归纳
空气组成成分探究：
一般说来，空气的成分是比较固定的 空气的密度为 1.293克/升
空气的平均分子量：29
空气的利用：
O2的用途：供给呼吸；支持燃烧，也叫助燃，常用于焊接、切割金属等方面。
（2）N2：a性质：无色、无味的气体，难溶于水；不支持燃烧。化学性质较稳定。
b用途：灯泡中充氮气可延长使用寿命；食品包装充入氮气可防腐；制造化肥、炸药的重要原料；液氮可以做冷冻剂，医疗上用液氮冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织等。
（3）稀有气体：a氦、氖、氩、氪、氙和氡等气体的总称，是混合物。
b性质：无色、无味的气体，难溶于水，化学性质不活泼。
c用途：常用作保护气；做光源（稀有气体通电能发出不同颜色的光）。
（3）CO：1.二氧化碳可用于灭火；
2.固态二氧化碳（又称干冰）是一种致冷剂， 可用来保藏食品，也可用于人工降雨．二氧化碳是植物光合作 用的原料,是一种气体肥料二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。
3.二氧化碳是植物光合作用的原料,是一种气体肥料。
4.二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。
典型例题 珠联璧合
【例题1】下列有关物质的性质及相关用途的叙述中，正确的是(　　)
①氧气易溶于水，使得鱼能在水中生存
②氮气的化学性质不活泼，可用作粮食和食品仓库的保护气
③氧气能支持燃烧，所以可用作火箭的高能燃料
④由于稀有气体有惰性，所以常用作保护气
A．①②③ B．①②④ C．①③ D．②④
【答案】D
【解析】①氧气不易溶于水，错误；②氮气的化学性质不活泼，可用作粮食和食品仓库的保护气，正确；③氧气能支持燃烧，所以可用作火箭的助燃剂，但不能作燃料，错误；④由于稀有气体有惰性，所以常用作保护气，正确； 故选D。
【变式1】在航天活动中需要“人造空气”供航天员呼吸。这种“人造空气”中各成分体积含量为氮气约占70%、氧气占20%以上，此外还有二氧化碳等气体，非常接近空气比例。下列说法正确的是(　　)
A．空气中的氮气对人体呼吸没有任何作用，因此人造空气中可以不需要氮气
B．飞船内应充满纯净的氧气，这样会更有益于人的呼吸
C．我们周围的空气中各成分的体积分数是不变的，不随地域和季节的变化而变化
D．空气中的二氧化碳含量虽然很少，但是在自然界中是必不可少的
【答案】D
【解析】A、 正常人呼吸不需要纯净的氧气，而空气的成分为氮气所占体积分数最大，所以人造空气中必须要有氮气 ，不符合题意；
B、 正常人呼吸不需要纯净的氧气，，不符合题意；
C、 我们周围的空气中各成分的体积分数基本稳定，但也受地域和季节的影响，并不是绝对的不变化 ，不符合题意；
D、 空气中的二氧化碳含量虽然很少，但是在自然界中是必不可少的 ，符合题意； 故选D。
知识精讲 有的放矢
核心考点二：空气中氧气成分的测定
知识归纳
1、实验方案设计：
在相同气压下，看消耗掉氧气后，剩 余气体的体积占原空气的体积数用红磷燃烧，生成PO固体颗粒且可溶于水
2、装置图
实验现象：
A、红磷燃烧发出黄白色火焰，放出热量，有大量白烟产生。
B、待集气瓶冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气总体积的1/5。
4、实验结论：空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5。
5、化学方程式： 4P + 5O2 2P2O5
6、注意事项：
a.装置的气密性要好，（否则测量结果偏小）；
b.所用的红磷必须过量，过少则氧气没有全部消耗完，会导致测量结果偏小；
c.要等集气瓶（装置）冷却后才能打开弹簧夹，（否则测量结果偏小）；
d.在实验前，导管应预先注满水，（否则测量结果偏小）
e.要先夹住橡皮管，然后再点红磷（否则测量结果偏大）；
f.点燃红磷伸入瓶中要立即塞紧瓶塞（否则测量结果偏大）。
红磷和氧气发生反应，P2O5溶于水，使 瓶内气体压强减小，打开止水夹后，大气 压把水压入集气瓶中，直至内外压强相等
另木炭燃烧生成的是气体二氧化碳，瓶内压 强只减小一点，倒吸入集气瓶的水就没有 1/5。就会使实验产生教大的误差。
典型例题 珠联璧合
【例题2】（2022 信阳一模）利用如图装置验证了空气中氧气的含量。下列叙述不正确的是（　　）
A．实验前需检查装置气密性
B．白磷可以用镁粉代替
C．白磷熄灭、试管冷却后再打开止水夹
D．最终量筒中液面约降至24mL刻度线处
【答案】B
【解答】解：A、实验前需检查装置气密性，以防止装置漏气，造成结果不准确，故选项说法正确。
B、镁粉在空气燃烧，能与氮气、二氧化碳反应，不能用于测定空气中氧气的含量，故选项说法错误。
C、白磷熄灭、试管冷却后再打开止水夹，否则剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积，故选项说法正确。
D、氧气约占空气总体积的五分之一，最终量筒中液面约降至50mL﹣130mL×＝24mL刻度线处，故选项说法正确。
故选：B。
【变式2】（2021秋 铜仁市期末）数字实验具有实时性，高精准，直观，对实验动态变化过程的展示和实验数据采集、加工、处理具有很强的优势。图1是空气中氧气含量测定的实验装置图。小丽在做该实验时在该装置上连接了一个气压传感器，测得集气瓶内的压强变化如图2所示。请你根据所学知识和图回答相应问题：
（1）在该实验中集气瓶和烧杯中都有水，它们的作用 　 　（填“相同”或“不同”）。
（2）在图2中B﹣C段和D﹣E段压强都增大，其中的原因分别是：B﹣C段 　 　；D﹣E段 　 　。
【答案】（1）不同；
（2）红磷燃烧放热导致的压强增大趋势大于氧气消耗导致的压强减小趋势；打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶。
【解答】解：（1）根据红磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，放出热量，集气瓶中的水吸收热量，防止炸裂瓶底，利用烧杯内的水进入集气瓶内的体积验证空气中氧气的含量，所以在该实验中集气瓶和烧杯中都有水，它们的作用不同；
（2）在图2中B﹣C段和D﹣E段压强都增大，其中的原因分别是：B﹣C段：红磷燃烧放热导致的压强增大趋势大于氧气消耗导致的压强减小趋势；D﹣E段：打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶。
故答案为：（1）不同；
（2）红磷燃烧放热导致的压强增大趋势大于氧气消耗导致的压强减小趋势；打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶。
知识精讲 有的放矢
核心考点三： 氧气的制取
知识归纳
1．实验室里制取氧气的方法有：分解 H2O2 和加热分解 KMnO4 或 KCl O3 ，化学方程式为：
（1）2H2O2 MnO2 2H2O + O2 ↑
（2）2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑
（3）2KClO3 MnO2 2KCl + 3O2↑
工业上用分离空气制取氧气。——物理变化
在过氧化氢和氯酸钾制取氧气的反应中，用二氧化锰作为催化剂，它的作用是改变反应速度，本身的质量和化学性质在反应前后都不变。
实验室用高氯酸钾制取氧气的操作顺序：检查装置气密性→装入药品→固定装置→收集氧气；用KClO3制取时，若缺少催化剂MnO2，可加入少量KMnO4，因为KMnO4受热分解时会产生MnO2。
装置的改进与评价：
(1)将固液常温型装置中的长颈漏斗换成分液漏斗或注射器(如图A、图B所示)，改进后装置的优点是通过控制液体的滴加速度，从而控制反应速；
(2)C装置的优点是能随时控制反应的发生和停止。
总结：相比于高锰酸钾或氯酸钾，实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的优点是可随时添加液体、反应不需要加热、操作简便等。
实验室用高锰酸钾制取氧气的操作顺序：
第一步：检查装置的气密性。
第二步：将药品装入试管中，用一团棉花放在靠近试管口的地方，试管口略向下倾斜固定在铁架台上。
第三步：用酒精灯外焰给试管加热，先预热。
第四步：等气泡连续均匀再用排水法收集氧气。第五步：先撤导管，再灭酒精灯。
氧气的验满方法：将一根带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，就证明已经收满。
收集装置：
方法 排水法 向上排空气法
收集装置
选取依据 气体的密度及在水中的溶解性
不易溶于水且不与水反应 密度比空气大
优缺点 优点：①收集的气体较纯净；②易判断是否收集满缺点：收集的气体不干燥 优点：收集的气体较干燥缺点：收集的气体纯度不高
注意事项 当观察到瓶口有气泡冒出时，证明氧气已收集满 导气管应伸至集气瓶底部，目的是排尽集气瓶中的空气
检验和验满：
检验 将带火星的木条伸入集气瓶瓶内，如果木条复燃，证明收集的气体是氧气
验满 向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶瓶口，如果木条复燃，说明氧气已集满
排水法：当有大量气泡从集气瓶瓶口冒出时，说明氧气已集满
排水法收集的O2中有较多水蒸气。
排空气法收集的气体不能与空气中的物质反应。如NO能与O2反应，就不能用排空气法收集。
典型例题 珠联璧合
【例题3】利用下列原理制取氧气，具有反应快、操作简便、耗能少、无污染等优点的是(　　)
A．氯酸钾 氯化钾+氧气
B．高锰酸钾 锰酸钾+二氧化锰+氧气
C．过氧化氢 水+氧气
D．分离液态空气
【答案】C
【解析】A、氯酸钾制氧气需加热，操作不简便，耗能多，不符合题意；
B、高锰酸钾制氧气需加热，操作不简便，耗能多，不符合题意；
C、 过氧化氢制氧气常温反应，操作简便，反应快，耗能少，符合题意；
D、 分离液态空气操作麻烦，耗能多，不符合题意； 故选C。
【变式3】如图所示，①为制取氧气的发生装置(气密性良好)，其中的燃烧匙可以上下移动。②和③为氧气的收集装置。小金欲制取一瓶氧气，下列分析正确的是（　　）
A．在①中，将MnO2浸人H2O2溶液，MnO2可分解产生氧气
B．若用装置②收集氧气，需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集
C．可将带火星的木条放入瓶中进行验满
D．将装置①分别与装置②或③连接，均能达到实验目的
【答案】B
【解析】A、 在①中，将MnO2浸人H2O2溶液，MnO2可催化过氧化氢分解产生氧气 ，不符合题意；
B、 若用装置②收集氧气，因开始冒出气泡为装置内空气，需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集 ，不符合题意；
C、验满时需将带火星的木条放入瓶口进行验满 ，不符合题意；
D、装置③收集氧气导管太短，不利于空气的排出，不符合题意； 故选B。
走进重高 拓展视野
【题1】．取4份等质量的KClO3，向其中3份中分别加入少量等质量的KMnO4、MnO2和Mn，分别在某温度下加热至质量不再改变，测定产生氧气的质量。然后将剩余固体溶于足量水中，添加过物质的组别中均有相同组成的不溶物。测定结果如下：
组别 ① ② ③ ④
加入物质 无 KMnO4 MnO2 Mn
产生氧气的质量/g 0 m1 m2 m3
不溶物的质量/g 0 w1 w2 w3
已知 m1＞m2＞m3，下列关于此实验的说法一定不正确的是（　　）
A．3种物质的加入都有利于KClO3分解放出氧气
B．残留不溶物的质量关系为 w1＜w2＜w3
C．三种催化效果的比较是KMnO4＞MnO2＞Mn
D．不加入其他物质时，KClO3也可以发生分解反应
【解答】解：A、观察图表可知，未加入任何物质的氯酸钾生成氧气的质量是0g，而其他三组均有氧气生成，由此可知：3种物质的加入都有利于KClO3分解制氧气，正确；
B、高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，金属锰会与生成的氧气反应生成二氧化锰，二氧化锰不溶于水；加入等质量的KMnO4、MnO2和Mn，高锰酸钾除了分解生成二氧化锰，还生成其他物质，而③中二氧化锰的质量不变，④中锰反应生成二氧化锰，质量增加，故残留不溶物的质量关系为w1＜w2＜w3；正确；
C、高锰酸钾加热分解产生部分氧气而质量减少，生成的二氧化锰用作了氯酸钾分解的催化剂，而催化剂的质量和化学性质在反应前后均不变，错误；
D、加热到一定温度时，氯酸钾也会分解产生氧气，所以不加入其他物质氯酸钾也会分解，正确。
故选：C。
【题2】．已知2KClO32KCl+3O2↑如图表示一定质量的KClO3和MnO2固体混合物受热过程中，某变量Y随时间的变化趋势，纵坐标Y能表示的是（　　）
A．固体中钾元素的质量
B．固体中锰元素的质量分数
C．反应中生成的KCl的质量
D．反应中生成的O2的质量
【解答】解：A．由质量守恒定律可知：反应前后钾元素质量不变，故错误；
B．由质量守恒定律可知：反应前后锰元素质量不变，但固体的质量减少，所以加热到一定温度时固体中锰元素的质量分数增大，当氯酸钾完全分解后，固体质量不再减少，则锰元素的质量分数也不再增大，故正确；
C．反应开始前，氯化钾的质量为零，随着反应的进行，氯化钾的质量增大，当氯酸钾完全分解后氯化钾的质量不再改变，故错误；
D．生成的氧气质量从零开始，逐渐增加，然后不变，故错误。
故选：B。
巩固训练 初露锋芒
【题1】人类离不开空气，下列有关空气及其成分的说法正确的是(　　)
A．洁净的空气是纯净物
B．空气中主要气体的体积分数由大到小依次是O2、N2、CO2
C．氮气的化学性质稳定，可做保护气
D．氧气约占空气质量的
【答案】C
【解析】A、 洁净的空气由多种物质组成，属于混合物，不符合题意；
B、 空气中主要气体的体积分数由大到小依次是N2、O2、CO2 ，不符合题意；
C、 氮气的化学性质稳定，可做保护气 ，符合题意；
D、氧气约占空气体积的 ，不符合题意； 故选C。
【题2】（2021八下·西湖期中）以下对氧气性质和用途的叙述中错误的是（　　）
A．通常情况下，氧气是一种无色无味的气体；液化时变为淡蓝色
B．氧气不易溶于水
C．氧气能燃烧，供给呼吸
D．氧气是一种化学性质比较活泼的气体
【答案】C
【解析】A.通常情况下，氧气是一种无色无味的气体；液化时变为淡蓝色 ，故A正确不合题意；
B. 氧气不易溶于水，故B正确不合题意；
C. 氧气不能燃烧，但支持燃烧，供给呼吸，故C错误符合题意；
D. 氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能和很多物质发生反应，故D正确不合题意。 故选C。
【题3】（2021八下·杭州月考）根据如图所示实验，并阅读小资料，回答下列问题：
（1）图1中化学反应的文字式为　 　，图2中的反应现象为　 　；
（2）上述三个反应都属于氧化反应。从化学反应前后氧元素化合价变化分析，氧气在上述反应中具有氧化性的原因是氧元素的化合价　 　（填“升高”或“降低”）。
【答案】（1）铁+氧气 四氧化三铁；明亮的蓝紫色火焰、放出热量、生成有刺激性气味的气体（2）降低
【解析】（1）铁和氧气点燃，生成四氧化三铁，文字表达式为： 铁+氧气 四氧化三铁 ，图2中硫在氧气中燃烧的现象为：明亮的蓝紫色火焰、放出热量、生成有刺激性气味的气体；
（2）从化学反应前后氧元素化合价变化分析，氧气在上述反应中具有氧化性的原因是氧元素的化合价降低。
【题4】有关催化剂在化学反应中的说法中正确的是(　　)
①质量变小②质量不变 ③化学性质改变④化学性质保持不变⑤能加快反应速率⑥若用双氧水制氧气时忘记添加二氧化锰，会使氧气的生成量减少⑦二氧化锰可以作为各种化学反应的催化剂
A．①③ B．②④⑤ C．②④ D．④⑥⑦
【答案】C
【解析】催化剂反应前后质量不变，①错误，②正确，催化剂反应前后化学性质不变， ③错误，催化剂反应前后化学性质不变，④正确，催化剂能改变反应速率，包括加快和减慢，⑤错误，若用双氧水制氧气时忘记添加二氧化锰，只会使速率减慢，不会使氧气的生成量减少，⑥错误，二氧化锰并不可以作为各种化学反应的催化剂 ，⑦错误； 故选C。
【题5】（2021八下·义乌期中）科学课上做“用红磷燃烧测定空气中氧气的体积分数”的实验时，由于红磷燃烧生成 的 P2O5 对人体有一定危害，小明改用氢气燃烧来测定空气中氧气的体积分数，设计 的实验装置如图所示，实验时用夹子 B 夹住橡胶管，打开夹子 A，点燃纯净的氢气 并迅速插入甲瓶中，使氢气在甲瓶中燃烧。（提示：氢气的燃烧产物是水，CO 的 燃烧产物是二氧化碳）
（1）当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，对夹子的操作应是　 　。
（2）实验测得甲瓶中氧气的体积远小于瓶中空气体积的 1/5，写出一种可能的原因：　 　
（3）有同学提出，若用 CO 取代 H2，进行如上操作也能完成氧气体积分数的测定， 你是否认同 并简要说明理由：　 　。
【答案】（1）用夹子 A 夹住橡胶管，待集气瓶冷却至室温后打开 B
（2）火焰熄灭后，没有及时用夹子 A 夹住橡胶管(或实验装置气密性不好)
（3）不认同，因为 CO 点燃后生成的是 CO2 气体，瓶内气压不会降低，所以无法测定。
【解析】（1）当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，对夹子的操作应是：用夹子 A 夹住橡胶管，待集气瓶冷却至室温后打开B。
（2）实验测得甲瓶中氧气的体积远小于瓶中空气体积的 1/5，写出一种可能的原因：火焰熄灭后，没有及时用夹子 A 夹住橡胶管(或实验装置气密性不好)。
（3）有同学提出，若用 CO 取代 H2，进行如上操作也能完成氧气体积分数的测定， 我不认同，因为 CO 点燃后生成的是 CO2 气体，瓶内气压不会降低，所以无法测定。
课后训练 鲲鹏展翅
【题1】．（2022春 沂源县校级月考）以下关于几种物质燃烧实验的描述，不正确的是（　　）
A．木炭在氧气中燃烧比在空气中更旺，生成的气体可以让带火星的木条复燃
B．铁丝在氧气中燃烧火星四射，生成黑色固体
C．红磷在空气中燃烧，发出黄色的火焰，产生大量白烟
D．镁带在空气中燃烧发出耀眼白光，生成白色粉末
【解答】解：A.木炭在氧气中燃烧比在空气中更旺，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊，不能让带火星的木条复燃，故A错误；
B.铁丝在氧气中燃烧火星四射，放出大量的热，生成黑色固体，故B正确；
C.红磷在空气中燃烧，发出黄色的火焰，产生大量白烟，故C正确；
D.镁带在空气中燃烧发出耀眼白光，生成白色粉末，故D正确。
故选：A。
【题2】．（2021秋 灌云县期末）如图装置测定空气中的氧气含量，可在闭合电源开关后利用电阻丝放热引燃白磷。下列有关说法正确的是（　　）
A．实验前倾斜U型管，若管内液体始终水平，则装置气密性良好
B．白磷燃烧时，可观察到右侧管内液面降低
C．若电阻丝本身消耗氧气生成某种固体，则实验结果偏小
D．装置未完全冷却时，左侧管内液面始终低于1刻度处
【解答】解：A、实验前倾斜U型管，若管内液体始终水平，说明装置漏气，气密性不好，故A错误；
B、白磷燃烧时，放出热量，温度升高，U型管内左侧气体受热膨胀，压强增大，右侧液面则会上升，故B错误；
C、若电阻丝本身消耗氧气生成某种固体，则对实验结果没有影响，因为该实验的目的消耗密闭装置内空气中的氧气，内外形成压强差，无论是白磷燃烧消耗氧气，还是电阻丝消耗氧气，结果是一样的，故C错误；
D、足量的白磷燃烧耗尽了装置内的氧气，当装置冷却到室温时，可观察到U型管内左侧液面上升，约上升至1处，故D正确。
故选：D。
【题3】．（2022 广西一模）下列有关空气的说法中，不正确的是（　　）
A．空气成分中含有水蒸气
B．稀有气体可制成多种用途的电光源
C．空气的成分按体积计算，氮气约占78%
D．氮气的化学性质不活泼，不能与任何物质发生反应
【解答】解：A、空气成分中含有水蒸气，故A说法正确；
B、稀有气体通电后发出不同颜色的光，可制成多种用途的电光源，故B说法正确；
C、空气中各成分及体积分数为：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%，故C说法正确；
D、虽然氮气的化学性质不活泼，但在特殊条件下也能发生化学反应，如氮气与氢气在特殊条件下生成氨气，故D说法错误。
故选：D。
【题4】．（2021秋 铜仁市期末）某同学误将少量高锰酸钾当成二氧化锰加入氯酸钾中进行加热制取氧气，部分物质质量随时间变化如图所示。下列关于该过程的说法正确的是（　　）
A．t2时刻，O2开始产生
B．c代表二氧化锰和氯化钾
C．氯酸钾分解产生氧气的质量为m﹣n
D．t3时刻，表示生成氧气的质量达到最多
【解答】解：A、高锰酸钾在加热条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，t1时刻，氧气开始产生，故选项说法错误。
B、氧气在高锰酸钾开始分解的时刻，即t1时刻，开始生成；c是在t2时刻才开始增加的，氯酸钾在二氧化锰的催化作用下在加热条件下生成氯化钾和氧气，则c代表氯化钾，故选项说法错误。
C、n是氯化钾的质量，m是氯酸钾的质量，因此氯酸钾分解产生氧气的质量为（m﹣n）g，故选项说法错误。
D、t3时间，氯酸钾和高锰酸钾均已完全分解，表示产生的氧气的质量达到最多，故选项说法正确。
故选：D。
【题5】．（2021秋 泰安月考）下列关于氧气物理性质的叙述，正确的是（　　）
A．通常状况下，氧气是一种无色无味的气体
B．液态氧是无色的
C．氧气易溶于水
D．氧气的密度比空气略小
【解答】解：A、通常状况下，氧气是一种无色无味的气体，故A正确；
B、液态氧是淡蓝色的，故B错误；
C、氧气不易溶于水，故C错误；
D、氧气的密度比空气大，故D错误。
故选：A。
【题6】．（2022 南充模拟）北京冬奥会理念之一是“绿色”，下列行为不符合这一理念的是（　　）
A．禁止露天焚烧秸秆 B．发展燃煤火力发电
C．推广新能源公交车 D．限制燃放烟花爆竹
【解答】解：A、禁止露天焚烧秸秆，减少生成有害气体和烟尘，行为符合这一理念；故选项错误；
B、发展燃煤火力发电，燃煤生成有害气体和烟尘，行为不符合这一理念；故选项正确；
C、推广新能源公交车，行为符合这一理念；故选项错误；
D、限制燃放烟花爆竹，行为符合这一理念；故选项错误；
故选：B。
【题7】．（2021秋 商州区校级期末）2021年5月15日，中国“天问”一号探测器成功着陆火星。
（1）“天问”火星探测器通过长征5号运载火箭发射，长征5号火箭使用了液氧，是利用氧气能　 　的化学性质，燃烧过程中，　 　能转化为大量热能。
（2）火星拥有丰富的金属矿物和一些资源。火星低层大气的主要成分如表。
气体成分 二氧化碳 氮气 氩气 氧气 其他
体积分数/% 95.32 2.7 1.6 0.13 0.25
为鉴别一瓶模拟“火星低层大气”组成的气体和一瓶空气，可选用的试剂是 　 　。
（3）化学家提出“镁粉在火星上可以扮演地球上煤的角色”，结合火星低层大气成分推测Mg一定还能在 　 气体中燃烧。
【解答】解：（1）“天问”火星探测器通过长征5号运载火箭发射，长征5号火箭使用了液氧，是利用氧气能助燃的化学性质，燃烧过程中化学能转化为大量热能；
（2）为鉴别一瓶模拟“火星低层大气”组成的气体和一瓶空气，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，可选用的试剂是：澄清石灰水；
（3）镁粉在火星上可以扮演地球上煤的角色，地球上的煤在空气中可以燃烧，所以化学家提出“镁粉在火星上可以扮演地球上煤的角色”，结合火星低层大气成分推测Mg一定还能在二氧化碳气体中燃烧。
故答案为：（1）支持燃烧；化学；（2）澄清石灰水；（3）二氧化碳。
【题8】．（2021秋 浦北县期末）每年的6月5日是世界环境日，我国倡导社会各界着力践行人与自然和谐共生和绿色发展理念，共同履行环保责任，呵护环境质量。
（1）PM2.5是指大气中直径　 　（选填“大于”或“小于”）或等于2.5微米的颗粒物。
（2）下列行为不会形成PM2.5的是 　 　（填序号）。
A.汽车尾气排放
B.焚烧秸秆
C.风力发电
（3）计入空气污染指数的项目中除了可吸入颗粒物外，还包括 　 　（填序号）。
①CO2 ②SO2 ③N2 ④H2O（气）
（4）写出PM2.5对人类健康的危害：　 　（写一点即可）。
（5）改善空气质量需要全民行动，作为中学生的你能做的一件事是：　 　。
【解答】解：（1）PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，故答案为：小于；
（2）不会形成PM2.5的是：风力发电；故答案为：C；
（3）计入空气污染指数的项目中除了可吸入颗粒物外，还包括二氧化硫；答案：②；
（4）PM2.5对人类健康的危害：伤害呼吸系统和心血管系统，导致哮喘、心血管疾病等；故答案为：伤害呼吸系统和心血管系统，导致哮喘、心血管疾病等（答对其中一点即可）；
（5）改善空气质量需要全民行动，作为中学生的能做的一件事是：植树造林、绿色出行等；故答案为：植树造林、绿色出行等（合理即可）。
【题9】．（2021秋 大兴区期末）用如图实验测定空气中氧气的含量。
（1）白磷燃烧反应的化学方程式为 　 　。
（2）管2中观察到的现象是 　 　。
（3）实验结束后，测得管1中水面高度为c，则空气中的氧气含量为 　 　（用含a、b、c的代数式表示）。
【解答】解：（1）白磷燃烧反应的化学方程式为：4P+5O22P2O5。
故答案为：4P+5O22P2O5。
（2）管2中观察到的现象是液面先升高（白磷燃烧放热，导致1中气压增大，液面下降，进一步导致2中液面上升）后降低（完全反应后氧气消耗，温度降低，1中气压减小，液面上升，导致2中液面下降）。
故答案为：液面先升高后降低。
（3）实验结束后，测得管1中水面高度为c，氧气体积＝c﹣a，空气体积＝b﹣a，则空气中的氧气含量为：100%。
故答案为：100%。
【题10】．（2022 宁波一模）某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验：
实验1：用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数，如图甲所示。
实验2：按图乙所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂，利用铁与水和氧气反应生成红色固体铁锈的原理测定空气中氧气的体积分数。
（1）为提高实验的准确性，实验前都必须进行的操作是 　 　。
（2）实验1中的现象：红磷燃烧，　 　，放出大量的热。
（3）实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、图丁所示。由此可知，　 　（填“实验1”或“实验2”）的测定方法更准确。
【解答】解：（1）为提高实验的准确性，实验前都必须进行的操作是：检查装置的气密性；故答案为：检查装置的气密性；
（2）实验1中的现象：红磷燃烧，发出黄光，放出大量的热；故答案为：发出黄光；
（3）实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、图丁所示。由此可知，实验2的测定方法更准确，因为铁生锈，把氧气几乎都反应了，实验1中，氧气剩余的比较多；故答案为：实验2。
【知识与技能】
知道空气的组成、各成分的性质及用途，能用实验说明空气是混合物。
【过程与方法】
通过实验探究空气的组成，了解探究的一般过程；联系生活经验，认识纯净物和混合物；培养学生自主学习能力。
【情感态度与价值观】
通过对空气的组成的实验探究，激发学习和探究的兴趣，培养合作和勤于思考的科学作风，体验探究成功的乐趣。
【重点难点】
【重点】
知道空气的组成，掌握各成分的性质及用途。
【难点】
空气中氧气含量的测定。

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