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第二单元 空气和氧气
知识导引
知识清单
知识点1：空气的组成
1.空气的组成
空气成分 氮气(N2) 氧气(O2) 稀有气体 二氧化碳(CO2) 其他气体和杂质
体积分数 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03%
【易错易混辨析】
①空气中各组成成分的含量一般是指体积分数，而不是质量分数。
②空气中各成分的含量不是固定不变的，随时间和地点的不同而变化。
2.物质的分类：
定义 举例 特征
纯净物 由一种物质组成 氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)等 可以用化学符号表示
混合物 由两种或两种以上物质组成 空气、海水、盐水、汽水等 混合物中各物质相互间没有发生化学反应，都保持各自的性质，不可用化学符号表示
【易错易混辨析】
①稀有气体包含氦、氖、氩、氪、氙气等，属于混合物。
②冰水共存物中只含有水一种物质，属于纯净物。
3.测定空气的组成及组分含量
Ⅰ.拉瓦锡测定空气组成
（1）实验原理：汞在密闭容器中燃烧，消耗空气中的氧气，使容器中压强减小，由于压强差，汞槽的汞被压入玻璃钟罩内，玻璃钟罩内汞的液面会上升，压入玻璃钟罩内的汞的体积约等于消耗的氧气的体积。
（2）实验药品：汞（Hg，有毒的液态金属）
（3）实验装置：
（4）实验现象：银白色的液态汞变成红色粉末，玻璃钟罩内汞的液面上升。
（5）反应的文字表达式：汞 + 氧气 → (加热) 氧化汞
（6）实验结论：空气由氧气（O2）和氮气（N2）组成。
Ⅱ.用红磷测定空气中氧气含量
（1）实验原理：红磷在密闭容器中燃烧，消耗空气中的氧气，使容器中压强减小，由于压强差，烧杯中的水进入集气瓶内，进入集气瓶内的水的体积约等于消耗的氧气的体积。
（2）实验药品：红磷、水
（3）实验装置：
（4）实验现象：①红磷燃烧，发出黄光，产生大量白烟，放热；
②装置冷却至室温后，打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶内，进入集气瓶内的水的体积约占集气瓶内空气体积的1/5。
（5）实验结论：氧气约占空气体积的1/5。
（6）反应的文字表达式：磷（P）+ 氧气（O2）→ (点燃)五氧化二磷（P2O5）
（7）实验推论：红磷燃烧后集气瓶内剩余气体主要是氮气(或N2) ，该气体不易溶于水，不支持燃烧也不能燃烧。
【易错易混辨析】测定空气中氧气含量的实验中药品的选择
①不能用木炭、硫粉代替红磷，原因是木粉和硫粉在空气中燃烧生成气体，不能引起密闭容器中压强的变化。
②不能用铁丝代替红磷，原因是铁丝在空气中不能燃烧，不能消耗氧气。
知识点2：空气中各组分的用途
物质的性质与用途的关系：
性质 用途
氧气 供给呼吸 动植物呼吸、医疗急救、潜水等
支持燃烧 炼钢、航天、气割、气焊等
氮气 化学性质不活泼 用作保护气：灯泡、食品、金属焊接等
液氮沸点低 制造低温环境：医疗、超导材料等
可转化为氨气等 用于化工生产，制造硝酸、化肥
稀有气体 通电发光 作电光源：霓虹灯、航标灯、闪光灯等
化学性质不活泼 用作保护气：灯泡、金属焊接等
氦气密度小 用于填充探空气球、热气球等
液态氦沸点低 制造低温环境
知识点3：保护大气环境
《环境空气质量标准》基本检测项目 气体污染物：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧； 固体污染物：可吸入颗粒物（PM10）、可入肺颗粒物（PM2.5）
污染的危害 损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡； 存在的环境问题：温室效应、臭氧空洞、酸雨。
污染防治措施 加强大气质量监测，改善环境状态、植树造林、使用清洁能源等。
【易错易混辨析】
①空气中二氧化碳含量过高会造成温室效应增强，但二氧化碳不属于空气污染物。
②目前全球三大大气污染问题：全球气候变暖（二氧化碳、 甲烷等）、酸雨（二氧化硫、二氧化氮等）、臭氧层破坏（氟利昂等）。
③目前，我国采取的空气质量等级分为五级，等级越低，空气污染指数数值越小，即空气质量越好，越有利于人体健康。
知识点4：氧气的物理性质
1.色、味、态：通常情况下，是无色无味的气体；
2.密度：标准状况下，密度为1.429g/L，略大于空气。
3.溶解性：氧气不易溶于水，在室温下，1L水只能溶解约30 mL氧气。
4.三态变化：在压强为101kPa时，氧气在-183℃变为淡蓝色液体，在-219℃变成淡蓝色固体。
知识点5：氧气的化学性质
1.氧气的化学性质比较活泼，具有氧化性，能支持燃烧。
2.物质在空气和氧气中燃烧现象的比较
物质 在空气中燃烧的现象 在氧气中燃烧的现象 反应的文字表达式
硫粉 燃烧放热，发出淡蓝色火焰，生成一种有刺激性气味的气体 剧烈燃烧，放热，发出明亮的蓝紫色火焰，生成一种有刺激性气味的气体 硫＋氧气二氧化硫
木炭 燃烧，持续红热。生成一种能使石灰水变浑浊的气体 剧烈燃烧，放热，发白光，生成一种能使石灰水变浑浊的气体 碳＋氧气二氧化碳
铁丝 只能红热，不能燃烧 剧烈燃烧，放热，火星四射，生成黑色固体 铁＋氧气四氧化三铁
实验结论：氧气能够支持可燃物的燃烧，且氧气浓度越大，燃烧越剧烈。
【易错易混辨析】
①在做硫粉的燃烧实验时，在集气瓶瓶底放少量的水，为了吸收二氧化硫以防污染空气；
②在做铁丝的燃烧实验时，在集气瓶底要先放少量水或细沙，是防止熔融的生成物溅落集气瓶瓶底，使集气瓶炸裂。铁丝盘成螺旋状的目的是增大受热面积。
知识点6：氧气的制备方法
1.氧气的工业制法——分离液态空气法——物理变化
原理：利用液态氧和液态氮的沸点不同。
【易错易混辨析】分离液态空气法制取的“液氧”属于混合物，其中还混有少量的稀有气体等物质，工业上制取的“液氧”通道常加压后储存在蓝色的钢瓶中。
2.氧气的实验室制法
（1）反应原理和发生装置
反应原理 加热高锰酸钾 分解过氧化氢
文字表达式 高锰酸钾锰酸钾＋二氧化锰＋氧气 过氧化氢水＋氧气
发生装置 固体加热型 固液常温型
装置选择依据 反应物为固体，反应条件为加热 反应物为液体，反应条件为固体催化剂和常温
（2）氧气的收集方法和验满方法
氧气的收集方法 收集装置 对应氧气性质 优点 验满方法
排水法 ①不易溶于水 ②不与水反应 较纯净 当集气瓶中的水排完，集气瓶口有大量气泡冒出，证明已收集满。
向上排空气法 ①密度比空气大 ②不与空气成分反应 较干燥 将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已收集满。
特别提醒：氧气的检验和验满
检验 将带火星的木条伸入集气瓶内，如果带火星的木条复燃，说明是氧气
验满 将带火星的木条放在集气瓶口，如果带火星的木条复燃，说明氧气已集满 . .
（3）实验室用高锰酸钾制氧气的操作步骤
查：组装仪器，检查装置的气密性；
装：将药品装入试管内，使之平铺在试管的底部，管口塞一小团棉花，用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管口；
定：用铁夹夹持试管，并固定在铁架台上；
点：点燃酒精灯进行加热（记得预热）；
收：用排水法收集氧气（等气泡连续均匀放出时再开始收集）；
移：实验完毕，先把导气管从水槽中移出水面（防止水倒吸回热的试管，使试管炸裂）；
熄：熄灭酒精灯，停止加热。
实验中的注意事项：
a) 试管口要略向下倾斜：防止生成的水回流，使试管底部破裂。药品应平铺在试管底部。
b) 导管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞：有利于产生的气体排出。
c) 用高锰酸钾制取氧气时，试管口塞一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导气管，污染制取的气体和水槽中的水。
d) 排气法收集气体时，导气管要伸入接近集气瓶底部：有利于集气瓶内空气排出，使收集的气体更纯。
e) 实验结束后，先将导气管移出水面,然后熄灭酒精灯：防止水槽中的水倒流，炸裂试管。
F) 检验：用带火星的木条伸入集气瓶内，发现木条复燃，说明是氧气。
3.催化剂
过氧化氢水＋氧气（二氧化锰为该反应的催化剂）
（1）催化剂：在化学反应中能改变其他物质的反应速率，但本身的化学性质和质量在反应前后不变的物质。
（2）催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。
【易错易混辨析】
①催化剂不能改变生成物的质量。
②催化剂不是反应物也不是生成物。
③一种催化剂只针对某一反应，不同的反应，催化剂可能不同；
④某一反应的催化剂可能不只一种，如二氧化锰、硫酸铜等都可催化分解过氧化氢。
知识点7：化学反应类型
1.化合反应和分解反应
化合反应 分解反应
概念 由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应 由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应
特点 多变一 一变多
表达式 A + B + …… → C A → B + C + ……
补充：化合反应和分解反应属于基本反应类型。
2.氧化反应：物质与氧气发生的化学反应。缓慢氧化是氧化反应的一种，如食物腐烂、酒的酿造等。
【易错易混辨析】
氧化反应不一定是化合反应（石蜡的燃烧生成了水和二氧化碳两种物质），化合反应不一定是氧化反应（氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙）。

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