資源簡介

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第一節
空氣和氧氣
1
.空氣的主要成分和組成
空氣成分
氮氣
氧氣
稀有氣體
二氧化碳
其他氣體和雜質
體積分數
78%
21%
0.93%
0.
04%
0.
03%
[說明]綠色植物的光合用吸收二氧化破、放出氧氣,燃料的燃燒、動植物的呼吸作用均消耗氧氣、放出二氧化破,這一系列的活動保證了空氣中氧氣和二氧化破含量的相對穩定。
2.氧氣(
02
)、氮氣(
N2
)、二氧化碳(
C02
)、稀有氣體的主要性質和用途
成分
主要性質
主要用途
氧氣
化學性質:用于動植物呼吸,支持燃燒
物理性質:無色、無味、不溶于水
潛水、醫療急救、煉鋼、氣焊以
及化工生產和宇宙航行等
氮氣
化學性質:不活潑
物理性質:無色、無味、不溶
于水
制硝酸和化肥、炸藥的重要原料,因其化學性質不活潑,常用作保護氣,醫療上用于冷凍麻醉,還可用作超導材料
二氧化碳
化學性質:能與澄清石灰水反應產生沉淀；
不能燃燒,一般不支持燃燒
物理性質:無色、無味氣踢，密度比空氣大
干冰用于人工降雨,保藏食品;工
業原料,用于制純堿、尿素和汽
水;可用于滅火;參與拉物光合作用，生成淀粉等糖類
稀有氣體
化學性質:很不活潑(惰性)
物理性質:無色、無味,通電時能發出不同顏色的光
用作保護氣,用于航標燈、閃光燈、霓虹燈的電光源,用于激光技術,氦氣制造低溫環境作冷卻劑,氙氣用于醫療麻醉
3.氧氣的物理性質
通常情況下,氧氣是一種無色無味的氣體;在標準狀況下(273
K,
101
kPa)
,其密度為1.429
g/L,比空氣的密度(
1.293
g/L)略大;不易溶于水。
氧氣的三態變化為:氧氣
藍色雪花狀固體
工業生產的氧氣,一般貯存在藍色鋼瓶里。
4.氧氣的化學性質
氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體,在一定條件下能跟許多物質發生化學反應,同時放出熱量。在化學反應中,氧氣提供氧,是一種常用的氧化劑。
下表列出了一些物質在氧氣中燃燒的現象、反應文字表達式及注意事項。
物質(顏色、狀態)
反應現象
反應文字表達式
注意事項
硫
(淡黃色固體)
發出藍紫色火焰,放
出熱量,有刺激性氣味的氣體產生
硫+氧氣二氧化硫
硫的用量不能過多,防止對空氣造成污基。實驗應在通風調
中進行
木炭
(灰黑色固體)
發出白光,放由熱量,
生成的氣體能使澄清
石灰水變渾濁
碳+氧氣二氧化碳
央木炭用的坩堝鉗應
由上而下慢慢伸入瓶中
紅磷
(暗紅色固體)
燃燒產生大量白煙,
發出白光,放出熱量
紅磷+氧氣五氧化磷
五氧化二磷是固體,現象應插述產生白煙
鋁箔
(銀白色固體)
劇烈燃燒,發出耀眼
的白光,放出大量的
熱,有白色固體產生
鋁+氧氣氧化鋁
①把鋁箔的一端固定
在粗鐵絲上,另一端纏一根火柴,引燃鋁箔；②集氣瓶底部先鋪一層薄細沙
鐵絲
(銀白色固體)
劇烈燃燒,火星四射,
放出大量的熱,有黑
色固體生成
鐵+氧氣四氧化三鐵
①細鐵絲繞成螺旋狀;②鐵絲一端系一根火;③集氣瓶內預先裝少量水或銷一層薄細沙
蠟燭
（白色固體）
火焰明亮發出白光,放出熱量,瓶口上有水霧出現,生成的氣體能使法清石灰水變
渾濁
石蠟+氧氣二氧化碳+水
要想觀察到水霧，盛氧氣的集氣瓶必須預先干燥
5.氧氣的實驗室制法
實驗室利用含氧物質通過分解反應制得氧氣。
(
l
)反應原理
實驗裝置
①實驗室用過氧化氫制取氧氣,用二氧化錳作催化劑,其反應裝置如圖3-1-1中的A所示。
②實驗室用加熱高錳酸鉀或氯酸鉀制取氧氣,其反應裝置如圖3-1-1中的
B所示(若用氯酸鉀為原料則不塞棉花)。
③排水集氣法收集氧氣的裝置如圖3-1-1中的
C
所示;向上排空氣法收集氧氣的裝置如圖3-l-1中的
D
所示。
(3)操作步驟
用加熱高錳酸鉀制取氧氣,并用排水法收集氧氣,其實驗裝置如圖3-1-2所示。
實驗步驟可以概括為“査”裝”“定”“點”“收”“離”“熄”七個字,可用諧音記憶為“茶”“莊”“定”“點”“收”“利”“息”。
①檢查裝置的氣密性:把導管一端浸入水中,兩手緊握大試管外壁,如果裝置不漏氣,里面的空氣受熱膨脹,
導管口會有氣泡冒出,松開兩手,使它冷卻,導管中就會形成一段水柱。
②將藥品裝入試管,并把一小團棉花放在試管口,用帶導管的單孔橡皮塞塞緊管口
。
③將試管固定在鐵架臺上,使管口略向下傾斜。
④點燃酒精燈,先使酒精燈火焰在試管下方來回移動,讓試管均勻受熱,然后對準試管中的藥品部位加熱。
⑤當氣泡連續地均勻地放出后,用排水法收集氣體
。
⑥收集完畢,先將導管撤離水糟。
⑦再熄滅酒精燈。
(4)檢驗方法
將帶火星的木條伸入集氣瓶內,如果木條復燃,說明該集氣瓶內的氣體是氧氣。
(5)驗滿方法
用向上排空氣法收集氧氣時,將帶火星的木條放在瓶口,如果木條復燃,說明該瓶內的氧氣已收集滿。
6.
氧氣的工業制法
(l)原料:空氣。
(2)制取方法
液化蒸發空氣法:利用氮氣(沸點-196℃)、氧氣(沸點-183℃)沸點不同,用液化空氣分離法制取:
②膜分離技術法:將空氣通過富集氧氣功能的薄膜,
即可得到含氧氣量較高的空氣,用該膜進行多級分離,可得到含氧氣90%以上的富氧空氣。
[說明]實驗室制取氧氣是制取我們實驗時所需的少量氧氣,它屬于化學變化;而工業上制取氧氣則是大量制取氧,氣,利用空氣分離的方法,原料來源廣泛,所制得的氧氣價格較低,它屬于物理變化。
,
7.催化劑和催化作用
(
1
)催化劑是指在化學反應中能改變其他物質的反應速率,而本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有改變的物質(又叫觸媒)。催化劑在化學反應中所起的作用叫催化作用。
[說明]①千萬不可將“化學反應前后”理解為“化學反應過程中”,催化劑在化學反應過程中參與了化學反應,只是反應最終又生成了催化劑這種物質,所以總體看來催化劑在化學反應前后未發生變化。②在化學反應前后,催化劑的化學性質不變,而不是物理性質不變。
(
2
)催化劑具有“兩變”和“兩不變”的特點
①“兩變”:a.改變其他物質的化學反應速率;b.隨著化學反應的不同,所用催化劑也要改變,即催化劑的“專一性”
。
②“兩不變”:
a.在化學反應前后,催化劑本身的質量不變;
b.在化學反應前后,催化劑本身的化學性質不變。
(
3
)理解催化劑概念時應注意的問題
①改變化學反應速率,包括加快和減慢。
②二氧化錳不是專用催化劑,硫酸銅溶液對過氧化氫的分解也有催化作用。
③催化劑不能增多或減少生成物的質量
。
④對于能夠發生的化學反應,沒有催化劑也能進行,只不過反應速率較小或較大。
(
4
)催化劑在化工生產中的重要作用
例如,在石油煉制過程中,用高效催化劑生產汽油和煤油等;在汽車尾氣處理過程中,用催化劑促進有害氣體的轉化;釀造工業和制藥工業都要用酶作催化劑;橡膠工業中,在橡膠中加入炭黑作催化劑,可減慢橡膠老化的速率。
8、測定空氣中氧氣體積分數的實驗方法
(
1
)實驗原理
空氣是由氧氣和氮氣等多種氣體組成的,為了測定空氣中氧氣的體積分數,可以選擇某種能與空氣中氧氣反應而不與空氣中氮氣及其他氣體反應的固體物質(如紅磷、汞、鐵、鋁)
,利用氧氣與該物質反應后生成固體物質,使密閉容器中氣體體積減小(減小的體積即為氧氣的體積)
,氣體壓強減小,引起水面發生變化,從而確定空氣中氧氣的體積分數。
(2)實驗步驟
①連接裝置:在集氣瓶口連接一個雙孔膠塞,一孔插燃燒匙,另一孔插導管(配有彈簧夾)
,導管另一端伸入盛有水的燒杯中,如圖3-1-3所示。
②檢査氣密性:把導管的一端放入水中,兩手緊握集氣瓶外壁,如果在導管口有氣泡冒出,松開兩手,使它冷卻,導管中形成一段水柱,則證明氣密性良好
。
③在集氣瓶內加少量水,并做上記號,把剩余的容積用記號劃分成5等份。
④點燃燃燒匙內的紅磷,立即伸入集氣瓶中,并把塞子塞緊。
⑤待紅磷熄滅并冷卻至室溫后,振蕩集氣瓶,打開彈簧夾。
(3)實驗現象
①紅磷燃燒,有大量白煙生成
。
②集氣瓶內的水面上升。
(4)實驗結論
·
①紅磷燃燒的文字表達式:紅磷+氧氣
五氧化二磷
。
②集氣瓶內的水面上升,說明空氣中的氧氣被消耗掉了。
9.氣體發生裝置和收集裝置的選擇
(
1
)發生裝置的選擇
由于過氧化氫是液體,二氧化錳是固體,且反應不需要加熱,故選用錐形瓶作為反應容器,.配雙孔膠塞,一孔插入分液漏斗,另一孔插入導管。
由于高錳酸鉀或氯酸鉀和二氧化錳都是固體,且反應都需要加熱,故采用大試管、鐵架臺(帶鐵夾)、酒精燈、導管等儀器裝配的反應裝置。
(
2
)收集裝置的選擇
由于氧氣不易溶于水且不和水反應,故要收集較純凈的氧氣,需采用排水法收集
。
又由于氧氣的密度比空氣的平均密度大,故要收集較干燥的氧氣,需采用向上排空氣法收集。
10.氣體發生裝置的氣密性檢査
在初中化學實驗及有關實驗設計習題中,經常涉及裝置的氣密性檢査問題。
一般來說,無論采用哪種裝置制備氣體,在成套裝置組裝完畢裝入反應物之前,必須檢查裝置的氣密性,以確保實驗的順利進行。
.
氣密性檢查的原理是:通過氣體發生器與附設的液體構成封閉系統,依據改變系統內壓強時產生的現.
象(如:氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等)來
判斷裝置的氣密性是否良好
如圖3-l-4所示裝置的氣密性檢査方法是:把導管
b的下端浸入水中,用雙手緊握試管a,若導管口有氣泡冒出,松開手至試管冷卻后,水又回升到導管b中形成一段水柱,則證明裝置氣密性良好。
此外,還可采用抽氣法或注水法,通過觀察氣泡的產生或液面的變化來判斷裝置的氣密性是否良好。
11
.測定空氣中氧氣體積分數的實驗分析與評價
(
l
)紅磷燃燒消耗完氧氣后,不能繼續燃燒,說明氮氣不能支持燃燒;集氣瓶中水面上升
l/5
后不再上升,說明氮氣不溶于水;空氣是無色無味的氣體,說明氮氣、氧氣都是無色無味的氣體。
(
2
)實驗成功關鍵:①裝置不能漏氣;②集氣瓶中預先要加少量水(防止高溫熔融物落人瓶底使瓶底炸製);③紅磷點燃后要立即伸入集氣瓶中,并塞緊膠塞;④待紅磷熄滅并冷卻后,再打開弾簧夾。
(
3
)不能用木炭代替紅磷做上述實驗,原因是木炭燃燒產生的二氧化碳是氣體,集氣瓶內氣體壓強基本沒有變化(二氧化碳在水中極少量溶解),不能很好地測出氧氣的體積。
二氧化碳易被氫氧化鈉溶液吸收,所以若用氫氧化鈉濃溶液代替水時,可用木炭、硫粉代替紅磷做該實驗。
(
4
)進人瓶中水的體積一般小于瓶內空間的
1/5
的可能原因是:
①紅磷量不足,使瓶內氧氣未耗盡;
②膠塞未塞緊,使外界空氣進入瓶內;
③未冷卻至室溫就打開彈簧夾,使進入瓶內水的體積減小;
④本實驗條件下,氧氣濃度過低時,紅磷不能繼續燃燒,瓶內仍殘余少量氧氣。
例題分析
1.空氣中化學性質不活潑且是制化肥的重要原料的氣體是( )
A. 氮氣
B. 氧氣
C. 稀有氣體
D. 氫氣
2.在生產和科學研究中,需要用到一些保護氣.當焊接金屬時,為了隔絕空氣,能作為保護氣的一組是
( )
A. H2、N2
B. N2、O2
C. CO2、CO
D. N2、Ar
3.二氧化碳對生活和環境有著重要影響.下列對二氧化碳利弊的描述中不正確的是
(
)
A.二氧化碳可以用作滅火劑、制冷劑
B.利用固態二氧化碳可以進行人工降雨
C.溫室里施用二氧化碳對植物生長不利
D.大氣中二氧化碳過多會造成溫室效應
4.在101kPa時，液態氮的沸點是-195.8℃，液態氧的沸點是-183℃，液態氦的沸點是-219℃，液態二氧化碳的沸點是-78.44℃.在分離液態空氣的時候，上述氣體隨溫度升高而被分離出來的順
序為(
)
A.氮氣、氧氣、氦氣、二氧化碳
B.氦氣、氮氣、氧氣、二氧化碳
C.二氧化碳、氧氣、氦氣、氮氣
D.氮氣、二氧化碳、氧氣、氦氣
5.在
充滿氧氣的集氣瓶中燃燒，產生明亮的藍紫色火焰的物質是（
）。
A:
硫粉
B:
鐵絲
C:
木炭
D:
紅磷
6.請回答下列與O2有關的問題。
（1）檢驗一瓶氣體是O2，可用_____；
（2）醫療上用純度較高的O2進行急救，是因為O2能_____；
（3）鋁制品不易銹蝕，是因為它在常溫下能與O2反應，表面形成致密的_____薄膜。
7.實驗室用加熱氯酸鉀制取氧氣的主要操作有::①裝藥品②固定裝置③檢查裝置的氣密性④連接儀器⑤加熱⑥收集氣體⑦熄滅酒精燈⑧從水槽中撤出導氣管,正確的操作順序是 ____________________ ．
8.實驗室制取氣體時所需的一些裝置如圖所示，請回答下列問題：
（1）實驗室里用過氧化氫溶液和二氧化錳混合制取氧氣的化學方程式為_____；可選擇的發生裝置有_____（填字母）；選擇氣體收集方法時，氣體的下列性質：①顏色；②密度；③溶解性；④可燃性，必須考慮的是_____（填序號）；
（2）在該反應中可以重復使用，理由是_____；
（3）要制備干燥的氧氣，所選擇裝置的連接順序為_____（填字母）。
9.用來測定空氣成分的方法很多,圖Ⅰ所示的是用紅磷在空氣中燃燒的測定方法.實驗過程是:
第一步:將集氣瓶容積劃分為五等份,并做好標記.
第二步:點燃燃燒匙內的紅磷,伸入集氣瓶中并把塞子塞緊.
第三步:待紅磷熄滅并冷卻后,打開彈簧夾,發現水被吸入集氣瓶中,進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的1/5.
請完成下列問題:
(1)集氣瓶中剩余的氣體主要是_______．
(2)實驗完畢,若進入集氣瓶中水的體積不到總容積的1/5,你認為導致這一結果的原因可能是___________、_________.紅磷燃燒的方程式_________________________________．
(3)某同學對實驗進行反思后,提出了改進方法(如圖Ⅱ所示),你認為改進后的優點是:

___________________________________________________________________________．
10.新課標化學教材“分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的催化作用”,以及“尋找新的催化劑”研究性實驗,引起了化學探究小組的興趣.
(提出問題)氧化鐵能否作過氧化氫溶液分解的催化劑 如果能,其催化效果如何
(實驗探究)
實驗步驟
實驗現象
Ⅰ.分別量取過氧化氫溶液放入A、B兩支試管中,向A試管中加入ag氧化鐵粉末,并分別在A、B兩支試管中插入帶火星木條,觀察現象.
A試管中產生氣泡,帶火星木條復燃,B試管中無明顯現象
Ⅱ.待A試管中沒有現象發生時,重新加入_____________

,并把帶火星的木條伸入試管,如此反復多次實驗,觀察現象.
試管中均產生氣泡,帶火星木條均_______

Ⅲ.將實驗Ⅱ中的剩余物小心過濾,并將所得慮渣進行洗滌、干燥、稱量,所得固體質量仍為ag.
Ⅳ.分別量取過氧化氫溶液放入C、D兩支試管中,向C試管中加入ag氧化鐵粉末.向D試管中加入ag二氧化錳粉末,觀察現象.現象為_________

(實驗結論)
(1)實驗Ⅰ、Ⅱ證明:氧化鐵的化學性質和__________在反應前后均沒有發生變化,可以作過氧化氫分解的催化劑.
(2)寫出氧化鐵催化過氧化氫的化學方程式______________________________________
(實驗評價)
(3)實驗設計Ⅳ的目的是_____________.
11.空氣是人類活動必需的自然資源。工業上常用分離空氣的方法制取氧氣，實驗室常用物質分解的方法制取氧氣。
（1）工業制氧氣是 (填“物理”或“化學”)變化。
（2）圖中儀器a的名稱是 。
（3）實驗室制取并收集氧氣，可選擇 裝置（填字母代號），此法制取氧氣的文字表達式為 。
（4）檢查B裝置氣密性的方法是（可借助水和圖中的其他裝置） 。
12.某課外活動小組在學習了書本“空氣中氧氣含量的測定”實驗，知道P2O5不能隨便排放在空氣中，否則會對空氣造成污染，所以對該實驗進行了改進：
在由兩個注射器組成的密閉系統內共有50mL空氣，如圖．然后給裝有紅磷的玻璃管加熱．同時交替推動兩個注射器的活塞，至玻璃管內的紅磷變成白煙，且較長時間內無進一步變化時停止．停止加熱后，待冷卻至室溫將氣體全部推至一個注射器內．
請根據你對上述實驗的理解，回答下列問題：
（1）實驗結束后，注射器內的氣體體積理論上應該減少約______mL．
（2）在實驗的加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器的目的是______．寫出該反應的化學方程式______ 2P2O5
第一節
空氣和氧氣
答案
1、A
解:空氣中各成分及體積分數為:氮氣:、氧氣:、稀有氣體:、二氧化碳、水蒸氣和雜質:.氮氣在空氣中含量最多且化學性質不活潑.而根據化肥的主要有效成分為:氮、磷、鉀.故可推測為含有氮元素的氮氣.
2、D
解:A、氫氣容易與氧氣反應,不能用作焊接金屬的保護氣,故A錯誤;
B、氧氣不能用作保護氣,故B錯誤;
C、一氧化碳容易與氧氣反應,不能用于焊接金屬的保護氣,故C錯誤;
D、氮氣和氬氣是性質很穩定的氣體,能用作焊接金屬的保護氣,所以D選項是正確的;
3.C
解：A.
由于二氧化碳既不能夠燃燒也不支持燃燒，且密度比空氣大，所以可以用來滅火，固態二氧化碳容易升華，在升華過程中吸收熱量，使周圍溫度降低，所以可以做制冷劑，故A正確；
B.固態二氧化碳容易升華，在升華過程中吸收熱量，使周圍溫度降低，空氣中的水蒸氣凝結成水滴，所以利用固態二氧化碳可以進行人工降雨，故B正確；C.二氧化碳是植物進行光合作用的原料，所以溫室里施用二氧化碳能促進植物生長，故C錯誤；D.大氣中二氧化碳過多會造成溫室效應，故D正確．
4.B
解：由題意幾種氣體的沸點可知，沸點最低的是液態氦氣，最先分離出來，依次是氮氣、氧氣、二氧化碳，所以，B正確，A、C、D錯誤．
5.A
6.（1）帶火星的木條（2）供給呼吸
（3）氧化鋁
7.④③①②⑤⑥⑧⑦
解:實驗室加熱氯酸鉀制取氧氣的操作步驟和注意點分別是:連(連接儀器、組裝實驗裝置)→查(檢查裝置的氣密性)→裝(裝入固體藥品)→定(用鐵架臺固定儀器裝置)→點(用火柴點燃酒精燈,給試管加熱)→收(收集氧氣)→移(把導管移出水面)→熄(熄滅酒精燈),可得題中正確的操作順序是:④③①②⑤⑥⑧⑦.
8.（1）；和；②③
（2）二氧化錳作為催化劑，在化學反應前后質量和化學性質都沒有發生改變
（3）
解析（1）過氧化氫在二氧化錳的作用下分解生成水和氧氣，化學方程式為；該反應為固體和液體不加熱的反應，可選用或裝置；收集氣體要考慮氣體密度（排氣集氣）和溶解性（排水集氣）；（2）二氧化錳作為催化劑，在化學反應前后質量和化學性質都沒有發生改變，故可重復使用；（3）由（1）可知，實驗室利用過氧化氫制取氧氣，使用或發生裝置，要得到干燥的氧氣，可用濃硫酸干燥，使用裝置，氣體長進短出，氧氣密度比空氣大，且要收集干燥氣體，使用向上排空氣法收集，故選用裝置收集氧氣。
9.氮氣
紅磷量不足
裝置氣密性不好
不需打開瓶塞點燃紅磷造成裝置漏氣,實驗誤差小
解:(1)上面的實驗結束后,剩余的氣體主要是氮氣;
(2)實驗完畢,若進入集氣瓶中水的體積不到集氣瓶中原空氣總體積的,導致這一結果的原因可能是:紅磷量不足、裝置氣密性不好、未冷卻到室溫就打開止水夾等.紅磷燃燒的方程式為:;
(3)某同學對實驗進行反思后,提出了改進方法(如圖2所示),改進后的優點是:不需打開瓶塞點燃紅磷造成裝置漏氣,實驗誤差小.
10.過氧化氫溶液;復燃;都產生氣泡;(1)質量;
(2);
(3)氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑.
11.（1）物理；
（2）鐵架臺；
（3）AC（或AE）；高錳酸鉀錳酸鉀+二氧化錳+氧氣（或氯酸鉀氧氣+氯化鉀）[也可選BC（或BE）過氧化氫氧氣+水]；
（4）將B與C相連，從長頸漏斗中倒入水至淹沒下端管口，使長頸中形成一段水柱，過一會兒，水柱液面不下降，證明裝置氣密性良好。
12.（1）10；
（2）使注射器內的氧氣充分與紅磷反應；4P+5O22P2O5；
（3）裝置漏氣等（合理即可）．

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