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第二篇　物质科学（二）
第19讲　空气和氧气
1. 空气是一种 物。
2. 空气的成分（体积分数）：氧气占 ，氮气占 ，稀有气体、
二氧化碳、其他气体和杂质共占1％。
3. 氮气：可用于充填灯泡，延长灯泡的使用寿命；用于食品的防腐、保鲜；是
制造化肥、炸药的原料；医疗上可用作冷冻剂。
4. 稀有气体：用作保护气，制作霓虹灯，医疗麻醉。
5. 测定空气中氧气含量（见实验聚焦：测定空气中氧气含量）
混合　
21％　
78％　
一、空气
1. 氧气的物理性质
常温下，氧气是一种无色无味的气体， 溶于水。在标准状况下，氧气
的密度比空气 。液态氧呈 ，固态氧是雪花状的蓝色固体。
2. 氧气的化学性质
氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能支持燃烧（但不能燃烧），有较强
的 性。
不易　
略大　
淡蓝色　
氧化　
二、氧气
3. 物质跟氧发生的反应
物质 反应现象 化学方程式
磷 产生大量 、放热 4P＋5O22P2O5
木炭 发出白光，生成能使澄清石灰水变 的气
体 C＋O2CO2
硫 空气中燃烧发出淡蓝色火焰，氧气中燃烧发
出 火焰，生成有刺激性气味的气体 S＋O2SO2
氢气 纯净的氢气在空气中燃烧，产生淡蓝色火焰 2H2＋O22H2O
铁 剧烈燃烧， ，生成黑色固体 3Fe＋2O2Fe3O4
镁 发出耀眼的白光，生成白色粉末 2Mg＋O22MgO
白烟　
浑浊　
蓝紫色　
火星四射　
1. 在化学反应中，能改变其他物质的化学反应速率，而本身的 和
性质在化学反应前后都 的物质叫做催化剂。在工业上，催化
剂也叫触媒。
2. 催化剂有“一变二不变”：一变（改变化学反应速率，不一定加快）；二不
变（自身的质量和化学性质不变）。
3. 我们不能说二氧化锰是催化剂，应该说某一种物质在某个反应中是催化剂。
质量　
化
学　
没有改变　
三、催化剂
1. 缓慢氧化：速度缓慢、不易觉察、没有发光但有发热的一种氧化反应，如橡
胶制品的老化、金属的生锈、生物呼吸、食物的腐败等。
2. 燃烧是指可燃物与空气中的氧气发生发光发热的剧烈的氧化反应。
3. 爆炸：在有限空间内急速燃烧。如火药爆炸。
4. 燃烧的条件：（1）有可燃物；（2）可燃物与 （或空气）充分接
触；（3）温度达到可燃物的 。
氧气　
着火点　
四、缓慢氧化和燃烧
实验1：探究可燃物接触 才能燃烧。
实验2：探究可燃物的温度达到 才能燃烧。
氧气（或空气）　
着火点　
5. 灭火方法及原理：隔绝 、降低温度至 以下、撤离
可燃物。
6. 火灾自救的一般方法
（1）浓烟密布时，应匍匐前进，并用湿毛巾掩盖口鼻。
（2）用湿毛巾等物品塞住门和窗缝隙。
（3）在窗前呼救。
空气　
着火点　
例1　下列对实验现象的描述正确的是（　D　）
A. 硫在氧气中燃烧发出淡蓝色火焰
B. 红磷在空气中燃烧产生大量白雾
C. 木炭在空气中充分燃烧生成黑色固体
D. 铁丝在氧气中燃烧时，火星四射，生成黑色固体
D
高频点1　氧气的性质和用途
例2　如图是硫在空气和氧气中燃烧的实验。下列说法不正确的是（　D　）
A. 氧气含量越多硫燃烧越剧烈
B. 硫在氧气中燃烧发出蓝紫色火焰
C. 瓶底的水可以吸收生成的有害气体
D. 硫在空气和氧气中燃烧的生成物不同
D
例3　（2025·杭州）为测定空气中氧气的含量，在量筒中先注入一定量的
水，再将装有足量潮湿铁粉的矿泉水瓶（瓶内除铁粉外的有效容积为350mL）
旋紧瓶盖放入水中静置，直至矿泉水瓶不再变瘪为止，反应前后量筒内液面位
置如图所示。忽略水的蒸发，则下列分析错误的是（　C　）
C
高频点2　空气中氧气含量的测定
A. 此实验的原理是利用铁生锈消耗氧气
B. 反应后矿泉水瓶受到的浮力减小
C. 反应后量筒底部受到水的压强不变
D. 实验测得氧气体积分数为20％
【解析】A、铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生的缓慢氧化反应，利用此反
应消耗氧气，通过测量相关体积变化测定空气中氧气含量，此实验利用该原理
测定空气中氧气含量，该选项分析正确，不符合题意；B、反应后矿泉水瓶变
瘪，反应后矿泉水瓶排开水体积减小，根据阿基米德原理，浮力减小，该选项
分析正确，不符合题意；C、反应后矿泉水瓶变瘪，反应后量筒内液面下降，
水深度减小，由p＝ρ液gh可知，量筒底部受到水的压强变小，该选项分析错
误，符合题意；D、反应前量筒内水的读数为850mL，反应后读数为780mL，
则减小的体积即为消耗氧气的体积，为850mL－780mL＝70mL，矿泉水瓶内除
铁粉外有效容积为350mL，氧气体积分数＝×100％＝20％，经计算氧气
体积分数为20％，该选项分析正确，不符合题意。故选C。
例4　拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气浓度传感
器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是
（　C　）
C
A. a点时容器内氮气体积分数为85％
B. 容器内物质总质量：b点＞c点
C. 氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度
D. 此实验测得空气中氧气的质量分数为18％
【解析】A、由曲线图可知：a点时容器内氧气的体积分数为15％。故容器内其
余气体（氮气、稀有气体、二氧化碳等）的浓度为85％，氮气体积分数小于85
％，错误；B、红磷燃烧过程中，消耗氧气，生成固体五氧化二磷，反应在密
闭容器中进行，质量守恒，b点质量等于c点质量，错误；C、由曲线图可知：
反应结束后氧气仍有3％，没有被消耗完，正确。D、实验测得氧气消耗的体积
分数，不是质量分数，错误。
例5　某化学兴趣小组用如图所示的装置来制取干燥的氧气，并测定H2O2溶液
中溶质的质量分数。装置气密性良好，图Ⅰ中的锥形瓶内盛有质量为m的H2O2溶
液，燃烧匙内装有二氧化锰，燃烧匙可以上下移动，干燥管内装有足量碱石灰
（CaO和NaOH的混合物）。下列说法正确的是（　B　）
B
高频点3　氧气的制取
A. 将装置Ⅰ分别与装置Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ连接，均能达到实验目的
B. 称量装置Ⅰ反应前及完全反应冷却后的质量，可计算出H2O2溶液中溶质的质量分数
C. 若用装置Ⅳ收集氧气，可将带火星的木条放置在b导管口处验满
D. 若用装置Ⅴ测量生成氧气的体积，集气瓶上方原有的空气会使测量结果偏大
例6　（2025·衢州）小科利用如图装置制取氧气，并研究氧气的性质。
（1）小科用图甲装置制取氧气，则收集氧气的装置应连接 （填字母）侧
导管。
（2）小科用排水法收集氧气，当集气瓶中水排完后，用玻璃片磨砂面在水下
盖紧集气瓶口，如图乙，取出后将集气瓶正放在水平桌面上，如图丙，发现瓶
口的玻璃片容易向侧面滑动，导致该现象的原因是
。
A　
用排水法收集氧气后，在
集气瓶口与玻璃片之间沾有水，起到润滑作用　
（3）小科用如图丁装置研究氧气的性质，实验步骤如下：Ⅰ.将透明实验盒用
隔板分成互不相通的两部分，点燃燃烧室内的蜡烛，将倾倒室内的氧气传感器
连接电脑并采集数据；Ⅱ.将氧气缓慢倒入倾倒室；Ⅲ.取走中间隔板；Ⅳ.观察
并记录蜡烛的燃烧现象。
①图像中P点后氧气含量迅速下降，是因为P时刻进行了实验步骤 （填序
号）。
②该探究实验能说明氧气密度比空气大、具有助燃性的实验现象或结果
是 。
Ⅲ　
0～25s倾倒室内氧气含量上升，25s后蜡烛燃烧更旺　
例7　（2025·扬州）某催化剂可实现H2O与O2反应制备H2O2。向容器中加入
100gH2O和适量催化剂，并不断通入O2，保持其他条件不变，分别在20℃、
40℃和60℃下进行实验①、②、③，测得H2O2的产量随时间的变化如图所示。
下列说法不正确的是（　D　）
D
高频点4　催化剂作用的探究
A. 设计实验①、②、③的目的是探究温度对该催化反应的影响
B. 实验①说明：20℃，在0～3h内，随着时间的增加，该催化反应持续进行
C. 比较实验①、②可知，在0～3h内，40℃比20℃对该催化反应更有利
D. 实验③中2h后，H2O与O2不再反应，生成的H2O2开始分解
【解析】A、保持其他条件不变，分别在20℃、40℃和60℃下进行实验①、
②、③，变量为温度，则目的是探究温度对该催化反应的影响，故A不符合题
意；B、由图可知，20℃，在0～3h内，H2O2的产量随着时间增加，说明该催化
反应持续进行，故B不符合题意；C、由图可知，0～3h内，40℃的H2O2产量始
终高于20℃，说明在0～3h内，40℃比20℃对该催化反应更有利，故C不符合题
意；D、实验③（60℃）在2h后H2O2产量不再增加，不能说明生成的H2O2开始
分解，可能是高温下催化剂活性降低或失活，导致反应速率显著下降，故D符
合题意。
（1）实验一：在空气中点燃木炭，再伸入充满氧气的集气瓶中，木炭燃烧更
剧烈，说明 会影响化学反应速率。
反应物的浓度（或氧气的浓度）　
例8　（2025·江西）兴趣小组为了解调控化学反应的方法，进行了下列实验。
（2）实验二：图1木条不复燃，图3中的现象为 ，由此可知MnO2
可加快H2O2分解的速率。若反应前后MnO2的 和化学性质不变，则
MnO2是H2O2分解的催化剂。为寻找该反应的新催化剂，兴趣小组分别用
5mL10％H2O2溶液和不同催化剂进行实验，数据如表。分析表中数据，催化效
果最好的物质是 。
实验编号 催化剂 收集气体体积 收集气体所用时间
① 2g氧化铁 7.0mL 560s
② 2g土豆 7.0mL 180s
③ 2g生姜 5.1mL 180s
木条复燃　
质量　
土豆　
（3）调控化学反应的方法还有很多，下列事例中调控方法相同的是
（填序号）。
A. 食品在冰箱中保存不易变质
B. 燃煤发电时，把煤块粉碎
C. 汽车发动机把汽油喷成雾状进行燃烧
BC　
例9　（2025·舟山）实践证明，热水比冷水的灭火效果更好，因为热水在灭火
时会迅速汽化，形成的大量水蒸气覆盖于可燃物表面而起到灭火的作用。热水
灭火的主要优势是使可燃物快速（　A　）
A. 缺少氧气 B. 降低温度
C. 缺少二氧化碳 D. 降低着火点
A
高频点5　燃烧的条件
例10　（2025·德阳）某化学兴趣小组用氧气传感器分别测量木条和蜡烛（主
要含碳、氢元素）在密闭容器内燃烧至熄灭过程中氧气含量变化。密闭容器内
氧气含量随时间的变化如图所示。下列说法正确的是（　B　）
B
A. 若装置漏气，不会影响实验结果
B. 木条熄灭时，瓶内还有O2剩余
C. 蜡烛燃烧过程中不会产生气体
D. 对比木条与蜡烛的燃烧过程，蜡烛消耗O2的速率更快
【解析】A、该实验用氧气传感器分别测量木条和蜡烛在密闭容器内燃烧至熄
灭过程中氧气含量变化，木条、蜡烛燃烧均消耗氧气，因此若装置漏气，会影
响实验结果，说法错误，不符合题意；B、由图可知，木条燃烧时氧气含量降
至12％时基本不再变化，说明木条熄灭时，瓶内还有O2剩余，说法正确，符合
题意；C、蜡烛主要含碳、氢元素，则蜡烛燃烧时会产生二氧化碳气体，说法
错误，不符合题意；D、对比木条与蜡烛的燃烧过程可知，木条燃烧消耗O2的
速率更快，说法错误，不符合题意。
例11　（2025·绍兴）某探究小组在进行“燃烧需要什么条件”的活动中，将一
个杯口涂凡士林的玻璃杯倒扣在一支点燃的蜡烛上，如图甲所示，一段时间后
蜡烛熄灭。为探究蜡烛熄灭是因为氧气减少还是二氧化碳增多，小组同学分别
进行下列实验。请回答：
实验1：如图乙所示，蜡烛在密闭容器中燃烧，用数字传感器测量容器内氧气
和二氧化碳浓度的变化情况，得到图丙数据。
实验2：收集一瓶20％氧气和80％二氧化碳的混合气体，将点燃的蜡烛伸入瓶
中。现象：蜡烛继续燃烧，没有立刻熄灭。
（1）玻璃杯口涂凡士林的目的是 。
（2）小明认为蜡烛熄灭的原因是因为氧气耗尽，你是否赞同他的观点，请说
明理由： 。
（3）通过实验2可以证明蜡烛熄灭是因为 （填“氧气减少”或
“二氧化碳增多”）。
防止外界空气进入玻璃杯，干扰实验　
不赞同，由图丙数据可知，蜡烛熄灭后容器内还有氧气剩余　
氧气减少　
第二篇　物质科学（二）
第19讲　空气和氧气
实验 　测定空气中氧气含量
1. 实验原理：物质在密闭的容器中燃烧，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
3. 反应原理：红磷燃烧的化学方程式为 。
4. 实验装置：
4P＋5O22P2O5　
测定空气中氧气含量
5. 实验现象
（1）红磷燃烧，产生大量白烟。
（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原集气瓶剩余容积的五分之一。
6. 实验结论：空气中氧气的体积约占空气总体积的 。
7. 拓展部分：实验结束后，集气瓶内剩余气体的主要成分为 ，根据实
验现象分析，该气体具有的物理性质是 ，化学性质是
。
1/5　
N2　
难溶于水　
不燃烧也
不支持燃烧　
1. 误差分析
误差 原因 注意事项
测量 结果 偏小 红磷不足，氧气不能被耗尽 红磷要足量
装置气密性不好，装置外的空气进入 实验前应检查装置的气密性
未冷却至室温就打开弹簧夹，装置内气温偏高，压
强偏大，导致进入瓶中的水的体积偏小 待集气瓶内气温冷却至室温后再打开弹簧夹
燃烧至一定程度时，瓶内氧气浓度较低，红磷不能继续燃烧，氧气未消耗完 寻找新的药品（如铁粉、铁丝绒）
续表
误差 原因 注意事项
测量 结果 偏大 弹簧夹没夹紧，红磷燃烧时集气瓶内空气受热膨胀，顺着导管逸出 弹簧夹要夹紧
燃烧匙伸入过慢，装置内的气体受热逸出，导致进入瓶中的水的体积偏大 点燃红磷后应将燃烧匙快速伸入集气瓶中
2. 能否选用铁丝、镁条、木炭及硫粉代替此实验中的红磷？
实验药品 能否代替红磷及原因分析
铁丝 不能，原因：
镁条 不能，原因：镁条不仅会和空气中的氧气反应，还会和空气中
的氮气、二氧化碳发生反应
木炭 不能，原因：木炭在氧气中燃烧生成CO2，集气瓶内气压几乎不
变
硫粉 某些情况下能，原因：如将集气瓶中的水换成NaOH溶液，硫粉
与氧气反应生成的SO2能被NaOH溶液吸收，也能达到实验目的
铁丝在空气中不能燃烧　
总结：红磷替代品应满足的条件：
（1）物质能在空气中反应，且只能与空气中的氧气反应，不能与空气中的其
他成分反应。
（2）反应生成的是固体，或生成的气体易被溶液吸收。
两者必须同时满足才能得出实验结论。
3. 装置改进：改进装置是否合理需要考虑以下几个方面：
（1）是否能将装置中的氧气耗尽。
（2）是否有气体逸出，产生误差。
（3）是否对空气造成污染。
（2025·杭州）为了测量空气中氧气的体积分数，小科利用不同装置进行了如
下实验。
【实验一】小科先利用装置甲进行实验，点燃红磷，使其充分反应，待集气瓶
冷却后，打开止水夹。
（1）上述实验过程中，红磷燃烧的现象是 。
（2）利用装置甲进行多次测量，空气中氧气的体积分数均小于21％，其原因
可能是 （写出一点即
可）。
剧烈燃烧，产生大量白烟　
气密性不好（或氧气无法耗尽或红磷量不足等）　
【实验二】小科用装置乙进行数字化技术探究测定，得到传感器显示的数据随
时间变化的曲线，如图丙所示。
（3）图丙中X曲线表示的是 （填“温度”或“氧气浓度”）。
（4）图丙压强曲线中，DE段气压上升的原因是

。
温度　
打开止水夹，水倒吸进入集气瓶，集气瓶内气体质量不变，体积变小，压强
变大　
第二篇　物质科学（二）
第19讲　空气和氧气
实验 　氧气的实验室制取
氧气的实验室制取
1. 反应原理及制取装置
药品 高锰酸钾 氯酸钾、二氧化锰 过氧化氢、
二氧化锰
反应 原理 2KMnO4K2MnO4
＋MnO2＋O2↑ 2KClO32KCl＋
3O2↑ 2H2O22H2O＋
O2↑
发生 装置
固体加热型 固液常温型
操作 步骤 检查装置气密性→装入药品→将试管固定在铁
架台上→点燃酒精灯加热→收集氧气→将导气
管撤离水槽→熄灭酒精灯 检查装置气密性→装
入药品→固定装置→
收集氧气
（1）用KMnO4或KClO3制取O2时应注意：
①试管口应略向下倾斜，目的是防止产生的冷凝水倒流，使试管炸裂。
②用KMnO4制取氧气时，试管口要 ，目的是防止高锰酸钾粉末
随气流进入导管，堵塞导管。
③用排水法收集氧气，结束时应先移出导管，后撤酒精灯，目的是
。
④用排水法收集氧气时，水的作用是排尽集气瓶中的空气，应待导管口气泡连
续均匀冒出时再开始收集，目的是防止集气瓶中混有未排尽的空气。
⑤用向上排空气法收集氧气时，导管应伸入集气瓶底部，目的是排尽集气瓶中
的空气。
塞一团棉花　
防止水槽
中的水倒吸入试管，使试管炸裂　
（2）用H2O2制取O2时应注意：长颈漏斗必须伸入液面以下，防止产生的气体
从长颈漏斗处逸出。
2. 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
率　
（2）C装置的优点是 。
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 。
能随时控制反应的发生和停止　
可随时添加液体、反应不需要加热、操作简便等　
3. 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
时，证明氧气已收集满 导气管应伸至集气瓶底部，目
的是
瓶口有气泡冒出　
排尽集气瓶中的空气　
4. 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
1. （2024·苏州）某实验小组设计如图实验对过氧化氢分解进行探究。下列相
关说法不正确的是（　B　）
A. 对比实验甲和乙，探究H2O2浓度对H2O2分解速率的影响
B. 对比实验乙和丁，探究MnO2对H2O2分解速率的影响
C. 对比实验甲和丙，探究温度对H2O2分解速率的影响
D. 对比实验甲、丙和丁，探究MnO2和温度对H2O2分解速率影响的程度
第1题图
B
2. （2025·湖州）如图是氧气制取和研究其化学性质的相关装置。
第2题图
（1）图甲装置中仪器a的名称为 。某同学在该装置的锥形瓶中加
入一定量二氧化锰，然后在仪器a中加入15％的过氧化氢溶液，发现反应过于
剧烈，请提出实验改进方法：
。
长颈漏斗　
将长颈漏斗换成分液漏斗，控制液体的加入速
度；在锥形瓶内提前加些水，降低过氧化氢浓度　
（2）改进装置后，收集氧气，利用“硫在氧气中燃烧”研究氧气性质。为避
免硫粉与氧气的反应产物对环境产生污染，该同学改进实验装置如图乙所示，
步骤如下：
步骤1：关闭K，在空气中点燃硫粉，观察现象后，迅速转移到甲瓶中并塞紧橡
胶塞；
步骤2：观察硫粉在氧气中燃烧的现象。待燃烧结束，冷却至室温，将胶头滴
管中的足量NaOH溶液挤入瓶中，振荡，使其充分反应；
步骤3：打开K，观察乙瓶中的现象。
请回答下列问题：
①步骤2中，滴入NaOH溶液可吸收瓶内有害气体，其反应的化学方程式
是 。
②利用图乙装置实验过程中可以观察到的现象有 （填序号）。
A. 硫在甲瓶中燃烧呈淡蓝色火焰
B. 硫在甲瓶中燃烧比在空气中燃烧更剧烈
C. 乙中的长导管内水柱上升
D. 乙中的长导管下端口冒气泡
2NaOH＋SO2Na2SO3＋H2O　
BD　
Thank you!

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