资源简介

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第一节
空气和氧气
1
.空气的主要成分和组成
空气成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
其他气体和杂质
体积分数
78%
21%
0.93%
0.
04%
0.
03%
[说明]绿色植物的光合用吸收二氧化破、放出氧气,燃料的燃烧、动植物的呼吸作用均消耗氧气、放出二氧化破,这一系列的活动保证了空气中氧气和二氧化破含量的相对稳定。
2.氧气(
02
)、氮气(
N2
)、二氧化碳(
C02
)、稀有气体的主要性质和用途
成分
主要性质
主要用途
氧气
化学性质:用于动植物呼吸,支持燃烧
物理性质:无色、无味、不溶于水
潜水、医疗急救、炼钢、气焊以
及化工生产和宇宙航行等
氮气
化学性质:不活泼
物理性质:无色、无味、不溶
于水
制硝酸和化肥、炸药的重要原料,因其化学性质不活泼,常用作保护气,医疗上用于冷冻麻醉,还可用作超导材料
二氧化碳
化学性质:能与澄清石灰水反应产生沉淀；
不能燃烧,一般不支持燃烧
物理性质:无色、无味气踢，密度比空气大
干冰用于人工降雨,保藏食品;工
业原料,用于制纯碱、尿素和汽
水;可用于灭火;参与拉物光合作用，生成淀粉等糖类
稀有气体
化学性质:很不活泼(惰性)
物理性质:无色、无味,通电时能发出不同颜色的光
用作保护气,用于航标灯、闪光灯、霓虹灯的电光源,用于激光技术,氦气制造低温环境作冷却剂,氙气用于医疗麻醉
3.氧气的物理性质
通常情况下,氧气是一种无色无味的气体;在标准状况下(273
K,
101
kPa)
,其密度为1.429
g/L,比空气的密度(
1.293
g/L)略大;不易溶于水。
氧气的三态变化为:氧气
蓝色雪花状固体
工业生产的氧气,一般贮存在蓝色钢瓶里。
4.氧气的化学性质
氧气是一种化学性质比较活泼的气体,在一定条件下能跟许多物质发生化学反应,同时放出热量。在化学反应中,氧气提供氧,是一种常用的氧化剂。
下表列出了一些物质在氧气中燃烧的现象、反应文字表达式及注意事项。
物质(颜色、状态)
反应现象
反应文字表达式
注意事项
硫
(淡黄色固体)
发出蓝紫色火焰,放
出热量,有刺激性气味的气体产生
硫+氧气二氧化硫
硫的用量不能过多,防止对空气造成污基。实验应在通风调
中进行
木炭
(灰黑色固体)
发出白光,放由热量,
生成的气体能使澄清
石灰水变浑浊
碳+氧气二氧化碳
央木炭用的坩埚钳应
由上而下慢慢伸入瓶中
红磷
(暗红色固体)
燃烧产生大量白烟,
发出白光,放出热量
红磷+氧气五氧化磷
五氧化二磷是固体,现象应插述产生白烟
铝箔
(银白色固体)
剧烈燃烧,发出耀眼
的白光,放出大量的
热,有白色固体产生
铝+氧气氧化铝
①把铝箔的一端固定
在粗铁丝上,另一端缠一根火柴,引燃铝箔；②集气瓶底部先铺一层薄细沙
铁丝
(银白色固体)
剧烈燃烧,火星四射,
放出大量的热,有黑
色固体生成
铁+氧气四氧化三铁
①细铁丝绕成螺旋状;②铁丝一端系一根火;③集气瓶内预先装少量水或销一层薄细沙
蜡烛
（白色固体）
火焰明亮发出白光,放出热量,瓶口上有水雾出现,生成的气体能使法清石灰水变
浑浊
石蜡+氧气二氧化碳+水
要想观察到水雾，盛氧气的集气瓶必须预先干燥
5.氧气的实验室制法
实验室利用含氧物质通过分解反应制得氧气。
(
l
)反应原理
实验装置
①实验室用过氧化氢制取氧气,用二氧化锰作催化剂,其反应装置如图3-1-1中的A所示。
②实验室用加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气,其反应装置如图3-1-1中的
B所示(若用氯酸钾为原料则不塞棉花)。
③排水集气法收集氧气的装置如图3-1-1中的
C
所示;向上排空气法收集氧气的装置如图3-l-1中的
D
所示。
(3)操作步骤
用加热高锰酸钾制取氧气,并用排水法收集氧气,其实验装置如图3-1-2所示。
实验步骤可以概括为“査”装”“定”“点”“收”“离”“熄”七个字,可用谐音记忆为“茶”“庄”“定”“点”“收”“利”“息”。
①检查装置的气密性:把导管一端浸入水中,两手紧握大试管外壁,如果装置不漏气,里面的空气受热膨胀,
导管口会有气泡冒出,松开两手,使它冷却,导管中就会形成一段水柱。
②将药品装入试管,并把一小团棉花放在试管口,用带导管的单孔橡皮塞塞紧管口
。
③将试管固定在铁架台上,使管口略向下倾斜。
④点燃酒精灯,先使酒精灯火焰在试管下方来回移动,让试管均匀受热,然后对准试管中的药品部位加热。
⑤当气泡连续地均匀地放出后,用排水法收集气体
。
⑥收集完毕,先将导管撤离水糟。
⑦再熄灭酒精灯。
(4)检验方法
将带火星的木条伸入集气瓶内,如果木条复燃,说明该集气瓶内的气体是氧气。
(5)验满方法
用向上排空气法收集氧气时,将带火星的木条放在瓶口,如果木条复燃,说明该瓶内的氧气已收集满。
6.
氧气的工业制法
(l)原料:空气。
(2)制取方法
液化蒸发空气法:利用氮气(沸点-196℃)、氧气(沸点-183℃)沸点不同,用液化空气分离法制取:
②膜分离技术法:将空气通过富集氧气功能的薄膜,
即可得到含氧气量较高的空气,用该膜进行多级分离,可得到含氧气90%以上的富氧空气。
[说明]实验室制取氧气是制取我们实验时所需的少量氧气,它属于化学变化;而工业上制取氧气则是大量制取氧,气,利用空气分离的方法,原料来源广泛,所制得的氧气价格较低,它属于物理变化。
,
7.催化剂和催化作用
(
1
)催化剂是指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改变的物质(又叫触媒)。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
[说明]①千万不可将“化学反应前后”理解为“化学反应过程中”,催化剂在化学反应过程中参与了化学反应,只是反应最终又生成了催化剂这种物质,所以总体看来催化剂在化学反应前后未发生变化。②在化学反应前后,催化剂的化学性质不变,而不是物理性质不变。
(
2
)催化剂具有“两变”和“两不变”的特点
①“两变”:a.改变其他物质的化学反应速率;b.随着化学反应的不同,所用催化剂也要改变,即催化剂的“专一性”
。
②“两不变”:
a.在化学反应前后,催化剂本身的质量不变;
b.在化学反应前后,催化剂本身的化学性质不变。
(
3
)理解催化剂概念时应注意的问题
①改变化学反应速率,包括加快和减慢。
②二氧化锰不是专用催化剂,硫酸铜溶液对过氧化氢的分解也有催化作用。
③催化剂不能增多或减少生成物的质量
。
④对于能够发生的化学反应,没有催化剂也能进行,只不过反应速率较小或较大。
(
4
)催化剂在化工生产中的重要作用
例如,在石油炼制过程中,用高效催化剂生产汽油和煤油等;在汽车尾气处理过程中,用催化剂促进有害气体的转化;酿造工业和制药工业都要用酶作催化剂;橡胶工业中,在橡胶中加入炭黑作催化剂,可减慢橡胶老化的速率。
8、测定空气中氧气体积分数的实验方法
(
1
)实验原理
空气是由氧气和氮气等多种气体组成的,为了测定空气中氧气的体积分数,可以选择某种能与空气中氧气反应而不与空气中氮气及其他气体反应的固体物质(如红磷、汞、铁、铝)
,利用氧气与该物质反应后生成固体物质,使密闭容器中气体体积减小(减小的体积即为氧气的体积)
,气体压强减小,引起水面发生变化,从而确定空气中氧气的体积分数。
(2)实验步骤
①连接装置:在集气瓶口连接一个双孔胶塞,一孔插燃烧匙,另一孔插导管(配有弹簧夹)
,导管另一端伸入盛有水的烧杯中,如图3-1-3所示。
②检査气密性:把导管的一端放入水中,两手紧握集气瓶外壁,如果在导管口有气泡冒出,松开两手,使它冷却,导管中形成一段水柱,则证明气密性良好
。
③在集气瓶内加少量水,并做上记号,把剩余的容积用记号划分成5等份。
④点燃燃烧匙内的红磷,立即伸入集气瓶中,并把塞子塞紧。
⑤待红磷熄灭并冷却至室温后,振荡集气瓶,打开弹簧夹。
(3)实验现象
①红磷燃烧,有大量白烟生成
。
②集气瓶内的水面上升。
(4)实验结论
·
①红磷燃烧的文字表达式:红磷+氧气
五氧化二磷
。
②集气瓶内的水面上升,说明空气中的氧气被消耗掉了。
9.气体发生装置和收集装置的选择
(
1
)发生装置的选择
由于过氧化氢是液体,二氧化锰是固体,且反应不需要加热,故选用锥形瓶作为反应容器,.配双孔胶塞,一孔插入分液漏斗,另一孔插入导管。
由于高锰酸钾或氯酸钾和二氧化锰都是固体,且反应都需要加热,故采用大试管、铁架台(带铁夹)、酒精灯、导管等仪器装配的反应装置。
(
2
)收集装置的选择
由于氧气不易溶于水且不和水反应,故要收集较纯净的氧气,需采用排水法收集
。
又由于氧气的密度比空气的平均密度大,故要收集较干燥的氧气,需采用向上排空气法收集。
10.气体发生装置的气密性检査
在初中化学实验及有关实验设计习题中,经常涉及装置的气密性检査问题。
一般来说,无论采用哪种装置制备气体,在成套装置组装完毕装入反应物之前,必须检查装置的气密性,以确保实验的顺利进行。
.
气密性检查的原理是:通过气体发生器与附设的液体构成封闭系统,依据改变系统内压强时产生的现.
象(如:气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等)来
判断装置的气密性是否良好
如图3-l-4所示装置的气密性检査方法是:把导管
b的下端浸入水中,用双手紧握试管a,若导管口有气泡冒出,松开手至试管冷却后,水又回升到导管b中形成一段水柱,则证明裝置气密性良好。
此外,还可采用抽气法或注水法,通过观察气泡的产生或液面的变化来判断装置的气密性是否良好。
11
.测定空气中氧气体积分数的实验分析与评价
(
l
)红磷燃烧消耗完氧气后,不能继续燃烧,说明氮气不能支持燃烧;集气瓶中水面上升
l/5
后不再上升,说明氮气不溶于水;空气是无色无味的气体,说明氮气、氧气都是无色无味的气体。
(
2
)实验成功关键:①装置不能漏气;②集气瓶中预先要加少量水(防止高温熔融物落人瓶底使瓶底炸製);③红磷点燃后要立即伸入集气瓶中,并塞紧胶塞;④待红磷熄灭并冷却后,再打开弾簧夹。
(
3
)不能用木炭代替红磷做上述实验,原因是木炭燃烧产生的二氧化碳是气体,集气瓶内气体压强基本没有变化(二氧化碳在水中极少量溶解),不能很好地测出氧气的体积。
二氧化碳易被氢氧化钠溶液吸收,所以若用氢氧化钠浓溶液代替水时,可用木炭、硫粉代替红磷做该实验。
(
4
)进人瓶中水的体积一般小于瓶内空间的
1/5
的可能原因是:
①红磷量不足,使瓶内氧气未耗尽;
②胶塞未塞紧,使外界空气进入瓶内;
③未冷却至室温就打开弹簧夹,使进入瓶内水的体积减小;
④本实验条件下,氧气浓度过低时,红磷不能继续燃烧,瓶内仍残余少量氧气。
例题分析
1.空气中化学性质不活泼且是制化肥的重要原料的气体是( )
A. 氮气
B. 氧气
C. 稀有气体
D. 氢气
2.在生产和科学研究中,需要用到一些保护气.当焊接金属时,为了隔绝空气,能作为保护气的一组是
( )
A. H2、N2
B. N2、O2
C. CO2、CO
D. N2、Ar
3.二氧化碳对生活和环境有着重要影响.下列对二氧化碳利弊的描述中不正确的是
(
)
A.二氧化碳可以用作灭火剂、制冷剂
B.利用固态二氧化碳可以进行人工降雨
C.温室里施用二氧化碳对植物生长不利
D.大气中二氧化碳过多会造成温室效应
4.在101kPa时，液态氮的沸点是-195.8℃，液态氧的沸点是-183℃，液态氦的沸点是-219℃，液态二氧化碳的沸点是-78.44℃.在分离液态空气的时候，上述气体随温度升高而被分离出来的顺
序为(
)
A.氮气、氧气、氦气、二氧化碳
B.氦气、氮气、氧气、二氧化碳
C.二氧化碳、氧气、氦气、氮气
D.氮气、二氧化碳、氧气、氦气
5.在
充满氧气的集气瓶中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰的物质是（
）。
A:
硫粉
B:
铁丝
C:
木炭
D:
红磷
6.请回答下列与O2有关的问题。
（1）检验一瓶气体是O2，可用_____；
（2）医疗上用纯度较高的O2进行急救，是因为O2能_____；
（3）铝制品不易锈蚀，是因为它在常温下能与O2反应，表面形成致密的_____薄膜。
7.实验室用加热氯酸钾制取氧气的主要操作有::①装药品②固定装置③检查装置的气密性④连接仪器⑤加热⑥收集气体⑦熄灭酒精灯⑧从水槽中撤出导气管,正确的操作顺序是 ____________________ ．
8.实验室制取气体时所需的一些装置如图所示，请回答下列问题：
（1）实验室里用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气的化学方程式为_____；可选择的发生装置有_____（填字母）；选择气体收集方法时，气体的下列性质：①颜色；②密度；③溶解性；④可燃性，必须考虑的是_____（填序号）；
（2）在该反应中可以重复使用，理由是_____；
（3）要制备干燥的氧气，所选择装置的连接顺序为_____（填字母）。
9.用来测定空气成分的方法很多,图Ⅰ所示的是用红磷在空气中燃烧的测定方法.实验过程是:
第一步:将集气瓶容积划分为五等份,并做好标记.
第二步:点燃燃烧匙内的红磷,伸入集气瓶中并把塞子塞紧.
第三步:待红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹,发现水被吸入集气瓶中,进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5.
请完成下列问题:
(1)集气瓶中剩余的气体主要是_______．
(2)实验完毕,若进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5,你认为导致这一结果的原因可能是___________、_________.红磷燃烧的方程式_________________________________．
(3)某同学对实验进行反思后,提出了改进方法(如图Ⅱ所示),你认为改进后的优点是:

___________________________________________________________________________．
10.新课标化学教材“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”,以及“寻找新的催化剂”研究性实验,引起了化学探究小组的兴趣.
(提出问题)氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂 如果能,其催化效果如何
(实验探究)
实验步骤
实验现象
Ⅰ.分别量取过氧化氢溶液放入A、B两支试管中,向A试管中加入ag氧化铁粉末,并分别在A、B两支试管中插入带火星木条,观察现象.
A试管中产生气泡,带火星木条复燃,B试管中无明显现象
Ⅱ.待A试管中没有现象发生时,重新加入_____________

,并把带火星的木条伸入试管,如此反复多次实验,观察现象.
试管中均产生气泡,带火星木条均_______

Ⅲ.将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤,并将所得虑渣进行洗涤、干燥、称量,所得固体质量仍为ag.
Ⅳ.分别量取过氧化氢溶液放入C、D两支试管中,向C试管中加入ag氧化铁粉末.向D试管中加入ag二氧化锰粉末,观察现象.现象为_________

(实验结论)
(1)实验Ⅰ、Ⅱ证明:氧化铁的化学性质和__________在反应前后均没有发生变化,可以作过氧化氢分解的催化剂.
(2)写出氧化铁催化过氧化氢的化学方程式______________________________________
(实验评价)
(3)实验设计Ⅳ的目的是_____________.
11.空气是人类活动必需的自然资源。工业上常用分离空气的方法制取氧气，实验室常用物质分解的方法制取氧气。
（1）工业制氧气是 (填“物理”或“化学”)变化。
（2）图中仪器a的名称是 。
（3）实验室制取并收集氧气，可选择 装置（填字母代号），此法制取氧气的文字表达式为 。
（4）检查B装置气密性的方法是（可借助水和图中的其他装置） 。
12.某课外活动小组在学习了书本“空气中氧气含量的测定”实验，知道P2O5不能随便排放在空气中，否则会对空气造成污染，所以对该实验进行了改进：
在由两个注射器组成的密闭系统内共有50mL空气，如图．然后给装有红磷的玻璃管加热．同时交替推动两个注射器的活塞，至玻璃管内的红磷变成白烟，且较长时间内无进一步变化时停止．停止加热后，待冷却至室温将气体全部推至一个注射器内．
请根据你对上述实验的理解，回答下列问题：
（1）实验结束后，注射器内的气体体积理论上应该减少约______mL．
（2）在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是______．写出该反应的化学方程式______ 2P2O5
第一节
空气和氧气
答案
1、A
解:空气中各成分及体积分数为:氮气:、氧气:、稀有气体:、二氧化碳、水蒸气和杂质:.氮气在空气中含量最多且化学性质不活泼.而根据化肥的主要有效成分为:氮、磷、钾.故可推测为含有氮元素的氮气.
2、D
解:A、氢气容易与氧气反应,不能用作焊接金属的保护气,故A错误;
B、氧气不能用作保护气,故B错误;
C、一氧化碳容易与氧气反应,不能用于焊接金属的保护气,故C错误;
D、氮气和氩气是性质很稳定的气体,能用作焊接金属的保护气,所以D选项是正确的;
3.C
解：A.
由于二氧化碳既不能够燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大，所以可以用来灭火，固态二氧化碳容易升华，在升华过程中吸收热量，使周围温度降低，所以可以做制冷剂，故A正确；
B.固态二氧化碳容易升华，在升华过程中吸收热量，使周围温度降低，空气中的水蒸气凝结成水滴，所以利用固态二氧化碳可以进行人工降雨，故B正确；C.二氧化碳是植物进行光合作用的原料，所以温室里施用二氧化碳能促进植物生长，故C错误；D.大气中二氧化碳过多会造成温室效应，故D正确．
4.B
解：由题意几种气体的沸点可知，沸点最低的是液态氦气，最先分离出来，依次是氮气、氧气、二氧化碳，所以，B正确，A、C、D错误．
5.A
6.（1）带火星的木条（2）供给呼吸
（3）氧化铝
7.④③①②⑤⑥⑧⑦
解:实验室加热氯酸钾制取氧气的操作步骤和注意点分别是:连(连接仪器、组装实验装置)→查(检查装置的气密性)→装(装入固体药品)→定(用铁架台固定仪器装置)→点(用火柴点燃酒精灯,给试管加热)→收(收集氧气)→移(把导管移出水面)→熄(熄灭酒精灯),可得题中正确的操作顺序是:④③①②⑤⑥⑧⑦.
8.（1）；和；②③
（2）二氧化锰作为催化剂，在化学反应前后质量和化学性质都没有发生改变
（3）
解析（1）过氧化氢在二氧化锰的作用下分解生成水和氧气，化学方程式为；该反应为固体和液体不加热的反应，可选用或装置；收集气体要考虑气体密度（排气集气）和溶解性（排水集气）；（2）二氧化锰作为催化剂，在化学反应前后质量和化学性质都没有发生改变，故可重复使用；（3）由（1）可知，实验室利用过氧化氢制取氧气，使用或发生装置，要得到干燥的氧气，可用浓硫酸干燥，使用装置，气体长进短出，氧气密度比空气大，且要收集干燥气体，使用向上排空气法收集，故选用装置收集氧气。
9.氮气
红磷量不足
装置气密性不好
不需打开瓶塞点燃红磷造成装置漏气,实验误差小
解:(1)上面的实验结束后,剩余的气体主要是氮气;
(2)实验完毕,若进入集气瓶中水的体积不到集气瓶中原空气总体积的,导致这一结果的原因可能是:红磷量不足、装置气密性不好、未冷却到室温就打开止水夹等.红磷燃烧的方程式为:;
(3)某同学对实验进行反思后,提出了改进方法(如图2所示),改进后的优点是:不需打开瓶塞点燃红磷造成装置漏气,实验误差小.
10.过氧化氢溶液;复燃;都产生气泡;(1)质量;
(2);
(3)氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂.
11.（1）物理；
（2）铁架台；
（3）AC（或AE）；高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气（或氯酸钾氧气+氯化钾）[也可选BC（或BE）过氧化氢氧气+水]；
（4）将B与C相连，从长颈漏斗中倒入水至淹没下端管口，使长颈中形成一段水柱，过一会儿，水柱液面不下降，证明装置气密性良好。
12.（1）10；
（2）使注射器内的氧气充分与红磷反应；4P+5O22P2O5；
（3）装置漏气等（合理即可）．

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