資源簡介

第4課時　氧氣與二氧化碳
一、空氣的成分(a)
1．空氣的成分(體積比)
氣體成分
體積比(%)
性質
用途
氮氣
78
化學性質較不活潑，在一般條件下不易與其他物質反應
作保護氣，食品袋中的防腐劑，制造化肥、炸藥的重要原料，液氮冷凍等
氧氣
21
不易溶于水，密度比空氣略大，化學性質比較活潑
供給呼吸，常做氧化劑
稀有氣體
0.93
化學性質不活潑，通電時能發出不同顏色的光
作保護氣，充制霓虹燈，用于激光技術，氦氣密度小，用作氣球填充氣
二氧化碳
0.04
參與植物的光合作用
作溫室氣肥
其他
0.03
2．空氣中氧氣體積分數的定量估測
裝置圖
注意點
試劑要求：足量紅磷
裝置要求：氣密性良好
操作要求：待集氣瓶冷卻到室溫后再打開彈簧夾
實驗現象：大量白煙，瓶內液面上升約1/5體積
實驗結論：空氣是混合物；O2約占__1/5__，可助燃；N2約占4/5，不可燃也不可助燃，難溶于水
(1)液面上升小于1/5的原因：裝置漏氣；紅磷量不足；未冷卻完全。
(2)選擇的藥品應具備的條件：能在空氣中燃燒；在空氣中燃燒時只與氧氣反應，不消耗空氣中其他氣體；燃燒后只產生固體或產生的氣體可以被水或其他溶液吸收。
【知識拓展】
1．空氣是一種混合物。空氣中各種氣體的含量是體積分數，不能誤解為質量分數。
2．空氣中氧氣體積分數的估測實驗中，不能用鐵代替紅磷的原因是__鐵不能在空氣中燃燒__；不能用碳、硫代替紅磷的原因是__產物是氣體，不能產生壓強差__。
二、氧氣(b)
1．性質
(1)物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣__略大__，__不易__溶于水，液氧呈__淡藍色__。
(2)化學性質：是一種化學性質比較__活潑__的氣體，具有__助燃性__、__氧化性__等。
2．氧化反應：物質跟氧發生的反應。
物質
現象
碳
在空氣中持續紅熱，在氧氣中發出白光，生成使澄清石灰水變渾濁的氣體　C＋O2CO2
磷
生成大量白煙　4P＋5O22P2O5
硫
在空氣中發出微弱的淡藍色火焰，而在氧氣中發出明亮的藍紫色火焰，生成有刺激性氣味的氣體
S＋O2SO2
鎂
發出耀眼的白光，放出熱量，生成白色固體
2Mg＋O22MgO　4Al＋3O22Al2O3
鋁
鐵
在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體(Fe3O4)　3Fe＋2O2Fe3O4
石蠟
在氧氣中燃燒發出白光，瓶壁上有水珠生成，生成使澄清石灰水變渾濁的氣體
3．氧氣的用途：呼吸(急救、登山、潛水、航天等)；冶煉金屬；切割焊接金屬；作氧化劑等。
4．氧氣的制取
(1)實驗室制備氧氣的化學原理
2H2O22H2O＋O2↑
2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑
2KClO32KCl＋3O2↑
(2)催化劑：在化學反應中能改變反應速度，而本身的__質量和化學性質__在反應前后都沒有變化的物質。
(3)工業制法：空氣冷凍分離法。
【知識拓展】
催化劑特點：一變兩不變。催化劑改變反應速度，既可加快也可減慢；只改變速度但不改變生成物的質量。催化劑在化學反應中所起的作用叫催化作用。
三、燃燒與滅火(a)
1．燃燒是可燃物質跟氧氣發生的一種__發光、放熱__、劇烈的氧化反應。
物質燃燒必須同時滿足三個條件：一是__有可燃物__；二是__要有助燃劑(常用的助燃劑為氧氣)__；三是__溫度達到該可燃物的著火點__。
滅火的原理：①__隔絕氧氣__；②降低溫度到該可燃物的__著火點__以下。
2．氧化反應：物質跟氧發生的反應。
(1)劇烈氧化：如燃燒。
(2)緩慢氧化：如__鐵生銹、人的呼吸、食物腐爛、酒的釀造__等。
共同點：①__都是氧化反應__；②__都放熱__。
3．爆炸：燃燒以極快的速度在有限的空間里發生，瞬間累積大量的熱，使氣體體積急劇地膨脹，就會引起爆炸。
【知識拓展】
1．著火點是可燃物的固有屬性，著火點不能降低，只能降溫到著火點以下進行滅火。
2．一切可燃性氣體、可燃性液體的蒸氣、可燃性粉塵與空氣(或氧氣)的混合物遇火種均有可能發生爆炸。
3．爆炸不一定屬于化學變化，比如氣球爆炸、鍋爐爆炸。但由燃燒引起的爆炸一定屬于化學變化。
四、二氧化碳(b)
1．物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣__大__，__能__溶于水，固態二氧化碳俗稱__干冰__。
2．化學性質：既不能燃燒，也不支持燃燒，不能供人呼吸；與水反應生成__碳酸__，能使紫色石蕊試液變紅色；能與NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等可溶性堿反應。
3．二氧化碳的應用：滅火、人工降雨、作制冷劑、作氣體肥料等。
4．二氧化碳的制取
(1)實驗室制法：
原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
步驟：①__檢查裝置氣密性__；②裝藥品；③收集氣體；④整理儀器。
收集方法：__向上排空氣法__。
檢驗：用澄清石灰水，能使澄清石灰水變渾濁。
(2)工業制法： CaCO3CaO＋CO2↑
【知識拓展】
1．二氧化碳的實驗室制法所需原料為石灰石和稀鹽酸，不能用硫酸和濃鹽酸，因為硫酸與石灰石反應生成硫酸鈣微溶，會附著在石灰石表面，使反應不能順利進行，而濃鹽酸揮發性使制得的二氧化碳不純。
2．由于二氧化碳能溶于水，不適宜用排水法收集。
五、空氣污染(a)
1．對空氣造成污染的主要是__CO、SO2、NO2__等有害氣體和煙塵。目前計入空氣質量指數的污染物有SO2、NO2、顆粒物、O3和CO等。
2．空氣污染的危害：嚴重損害人體健康，影響作物生長，破壞生態平衡，全球氣候變暖，臭氧層破壞和酸雨等。
3．空氣污染的防治：加強大氣質量監測，改善環境狀況，使用清潔能源，工廠的廢氣經處理后才能排放，積極植樹、造林、種草等。
4．目前環境污染問題：由氟利昂、氮的氧化物排放造成的__臭氧層破壞__、由CO2等氣體過量排放造成的__溫室效應__、由NO2、SO2等氣體排放造成的__酸雨__。
類型一　探究空氣的成分
典例1 [2019·衢州]1674年，英國化學家約翰·梅猷為測定空氣中的氧氣含量開展如下實驗(裝置如圖甲)。
圖4－1
Ⅰ.將一根長度等于玻璃鐘罩最寬部分直徑的鐵棒橫放在鐘罩里，把裝有稀硝酸的陶罐通過鐵鉤掛在鐵棒上，用繩索將小鐵塊懸掛在陶罐的正上方(鐵塊的升降通過在鐘罩外拉動或放松繩索來實現)。
Ⅱ.調整水槽中初始水位如圖乙，再使鐵塊浸入稀硝酸中，觀察到鐵塊表面迅速產生大量氣泡，鐘罩內水面下降。[稀硝酸有強氧化性，能與鐵發生如下反應：4HNO3＋Fe===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O]
Ⅲ.當水位降至接近鐘罩口時(如圖丙)，立即取出鐵塊，以防氣體外逸。
Ⅳ.等待一段時間后，水面穩定在如圖丁的位置。(一氧化氮會與氧氣等物質發生如下反應：4NO＋3O2＋2__？__===4HNO3)
分析與評價：
(1)步驟Ⅳ中的“？”處應填__H2O__。
(2)從圖丙到圖丁過程中，鐘罩內水位上升的原因是__一氧化氮與氧氣參加了反應，氣體減少，使鐘罩內氣壓減小。外界大氣壓大于鐘罩內氣壓，水被壓入鐘罩，導致鐘罩內水位升高__。(忽略溫度變化的影響)
(3)小科重復了上述實驗，雖實驗時裝置氣密性良好，且鐘罩內液面上方氣體體積均能精確測量(即測定氣體體積的誤差忽略不計)，但經多次實驗測定，發現每次測得空氣的含氧量都小于1/5，原因是__實驗中較難控制鐵與稀硝酸反應生成的一氧化氮恰好與裝置中的氧氣完全反應。無論是一氧化氮過量還是氧氣過量，均會使測得的結果偏小__。
跟蹤訓練1 [2019·杭州校級模擬]如圖是“空氣中氧氣體積分數測定”實驗的改進裝置，主要操作是：在實際容積為150mL的集氣瓶里，先裝50mL的水，連接好裝置，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃。下列有關該實驗的說法不正確的是(　C　)
圖4－2
A．該實驗測得的結果誤差較小
B．實驗后最終集氣瓶中水的體積約為70mL
C．必須要用彈簧夾夾緊橡皮管，否則空氣會受熱膨脹逸出
D．整個實驗在封閉的容器內進行，污染較小
類型二　氧氣的性質
典例2 [2019·杭州模擬]如圖所示是“鐵絲在氧氣中燃燒”的實驗改進裝置。下列說法錯誤的是(　D　)
圖4－3
A．氧氣無須提前制備和收集
B．此實驗用分液漏斗可以控制反應速率
C．該裝置也可用于二氧化碳和氫氣的制備、干燥和檢驗
D．鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，發出黃色火焰，產生黑色固體
跟蹤訓練2 [2018·杭州]小金在做硫燃燒實驗時，進行了如下操作：①在鋪有細沙的燃燒匙里放入少量的硫；②將燃燒匙在酒精燈火焰上加熱，直至硫燃燒；③將燃燒匙伸進盛有氧氣的集氣瓶中(集氣瓶內盛有滴加紫色石蕊試液的少量水)。實驗中可觀察到的現象與結論不符合的是(　D　)
A．對比①和②可說明硫燃燒需要達到一定的溫度
B．對比②和③中硫的燃燒現象說明氧氣具有助燃性
C．在③中觀察到紫色石蕊試液變紅，說明硫燃燒是化學變化
D．在③中觀察到紫色石蕊試液變紅，說明硫燃燒產物是一種酸
【解析】 ①中硫不燃燒，②中加熱燃燒，對比①和②可說明硫燃燒需要達到一定的溫度；在只有氧氣的情況下硫仍能燃燒說明氧氣具有助燃性；③中紫色石蕊試液變紅說明有新物質生成，為化學變化；紫色石蕊試液變紅不能說明硫燃燒產物為酸，可能是該產物與水反應后的物質呈酸性。實際上使紫色石蕊變紅的是二氧化硫與水反應生成的亞硫酸。
類型三　二氧化碳的性質
典例3 [2019·臺州]如圖，集氣瓶中充滿二氧化碳，大燒杯中燃著2支高低不等的蠟燭，實驗時打開止水夾，移開玻璃片。下列說法正確的是(　D　)
圖4－4
A．將觀察到高的蠟燭先熄滅
B．不移開玻璃片，實驗現象更明顯
C．蠟燭會熄滅，是因為二氧化碳降低了蠟燭的著火點
D．去掉燒杯中的1支蠟燭，也能得出同樣的實驗結論
【解析】 二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒，密度大于空氣，當打開止水夾，移開玻璃片后，二氧化碳在重力的作用下進入燒杯，低的蠟燭先熄滅。若不移開玻璃片，在大氣壓的作用下，二氧化碳不能從導管中流出。蠟燭會熄滅是因為二氧化碳隔絕了氧氣，著火點是可燃物的固有屬性，不能說降低了著火點。
跟蹤訓練3 [2019·衢州三模]小柯用石灰石、稀鹽酸在如圖裝置中制取二氧化碳，并研究CO2的性質。
圖4－5
(1)指出圖甲裝置中存在的錯誤__長頸漏斗下端沒有插入液面以下__。
(2)圖乙實驗中，①、④為用紫色石蕊試液潤濕的棉球，②、③為用石蕊試液染成紫色的干燥棉球。能說明二氧化碳密度大于空氣且能與水反應的現象是__②、③不變紅，④比①先變紅__。
類型四　氧氣的制取
典例4 [2019·溫州押題]資料顯示，將新制的溶質質量分數為5%的H2O2溶液，加熱到80℃時，才有較多氧氣產生。而相同質量5%的H2O2溶液加入催化劑，常溫下就會立即產生氧氣，反應速度快、所需時間短。
(1)小晨按圖甲裝置進行實驗，當試管中有大量氣泡出現時，伸入帶火星的木條，木條并未復燃。為此，他利用圖乙裝置收集氣體，再用帶火星的木條檢驗，木條復燃。那么圖甲實驗中帶火星木條未復燃的原因是__氧氣中混有較多水汽(或水蒸氣含量過高，或氧氣濃度低等，合理即可)__。
圖4－6
(2)小柯利用催化劑使H2O2溶液分解制取氧氣，圖丙是他設計的氣體發生裝置，請你指出一處錯誤。__長頸漏斗下口沒有插入液面下(或氣體會從長頸漏斗逸出，或換用分液漏斗等)__。
(3)采用相同質量5%的H2O2溶液，圖丁虛線表示加熱分解制取氧氣的曲線，請你在該圖中用實線畫出利用催化劑制取氧氣的大致曲線。(假定兩種方法H2O2均完全分解)
【答案】 如答圖所示。[曲線要體現：①“0”點開始；②斜率大于虛線(反應所需時間較虛線短)；③最終產生氧氣的質量相等。]
典例4(3)題答圖
跟蹤訓練4 [2019·杭州富陽區校級模擬]某興趣小組同學對實驗室制備氧氣的條件進行如下探究實驗。
①為探究催化劑的種類對氯酸鉀分解速度的影響，甲設計以下對比實驗：
Ⅰ.將3.0g KClO3與1.0g MnO2均勻混合加熱
Ⅱ.將x g KClO3與1.0g CuO均勻混合加熱
在相同溫度下，比較兩組實驗產生O2的快慢。
Ⅰ中反應的化學方程式是__2KClO32KCl＋3O2↑__。Ⅱ中x的值應為__3.0__。
②乙探究了影響雙氧水分解速度的某種因素。實驗數據記錄如下：
雙氧水的質量
雙氧水的濃度
MnO2的質量
______
Ⅰ
50.0g
1%
0.1g
9mL
Ⅱ
50.0g
2%
0.1g
16mL
Ⅲ
50.0g
4%
0.1g
31mL
上表中橫線上需記錄的實驗數據是__相同時間產生氣體體積__。本實驗中，測量O2體積的裝置是__C__(填編號)。
該實驗結論是：__雙氧水濃度對其分解速度有影響，相同條件下濃度越大，分解速度越快__。
類型五　二氧化碳的制取
典例5 [2019·麗水校級模擬]實驗室可以選用如圖所示的裝置，制取二氧化碳氣體并進行有關實驗。請回答問題：
圖4－7
(1)把A裝置與E裝置連接，發現E裝置中溶液變渾濁，證明二氧化碳氣體中混有__氯化氫氣體__。
(2)將除去雜質的二氧化碳氣體通入C裝置中，發現澄清石灰水變渾濁，寫出發生反應的化學方程式__Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O__。
(3)若要收集一瓶純凈、干燥的二氧化碳氣體，請從上述各裝置中選擇適當的裝置進行連接，連接順序是__A→E→B→D__。
跟蹤訓練5 [2018·北京]實驗室用如圖裝置制取CO2。
圖4－8
(1)反應的化學方程式為__CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑__。
(2)用向上排空氣法收集CO2的原因是__二氧化碳的密度比空氣的大__。
類型六　空氣污染
典例6 [2019·宜昌]打贏藍天保衛戰，我們在行動，下列做法不屬于防治大氣污染措施的是(　D　)
A．大力削減燃煤污染
B．深化治理工業污染
C．精準管控揚塵污染
D．嚴格控制噪音污染
【解析】 煤燃燒產生大量的有害氣體和煙塵，大力削減煤的燃燒，可以減少有害氣體的排放；未經處理的工廠廢氣中含有大量的有害氣體，深化治理工業污染，可以防治大氣污染；精準管控揚塵污染，可以減少空氣中顆粒物的含量，有利于防治大氣污。
跟蹤訓練6 為防止溫室效應的加劇，科學家提出多種方法。其中有人提出將CO2通過高壓管道，通入深海海底儲存，以減少CO2的排放，但也有一些人提出反對意見。下列說法中錯誤的是(　C　)
A．將CO2收集和通入深海海底要消耗大量的能源，消耗能源也會加劇CO2的排放
B．海水pH約為8，大量CO2溶解在海水中，會使海水pH減小，破壞海洋的生態環境
C．將CO2儲存在海底，會嚴重影響陸上植物的光合作用
D．當發生海底地震時，深海海底儲存的CO2會被重新釋放到大氣中
【解析】 將CO2儲存在海底，并不是把所有的CO2都儲存起來，且CO2是在不斷產生的，所以不會影響陸上植物的光合作用。
1．[2019·黃石]下列關于空氣及其成分的說法中，錯誤的是(　D　)
A．氧氣主要來源于植物的光合作用
B．醫療急救時，需要純氧
C．氮氣可用于保存糧食、水果
D．燃放煙花爆竹不會污染空氣
2．[2019·咸寧]下列有關實驗現象描述正確的是(　A　)
A．硫在氧氣中燃燒發出藍紫色火焰
B．紅磷在空氣中燃燒產生白色煙霧
C．向稀硫酸中滴加石蕊試液后，溶液由紫色變成藍色
D．將鐵絲伸入盛有氧氣的集氣瓶中，鐵絲劇烈燃燒
3．[2019·衢州校級一模]圖甲裝置可用于測定空氣中氧氣含量，其中與集氣瓶相連的傳感器能將集氣瓶內氣體壓強精確地記錄并保存下來，圖乙、丙是用該裝置測得的紅磷和木炭分別在集氣瓶中燃燒的壓強——時間關系圖(該裝置氣密性良好，p0是集氣瓶內初始氣壓，p和p′分別是反應結束后恢復到室溫時集氣瓶內的氣壓)，下列說法正確的是(　B　)
圖4－9
A．燃燒匙內所裝紅磷或木炭的多少對實驗結果無影響
B．反應開始時集氣瓶中壓強瞬間變大是由燃燒放熱造成的
C．p＝0.79p0，p′＝p0是因為紅磷的著火點比木炭低
D．由圖丙可推出空氣中氧氣的含量
4．[2019·湖州吳興區校級三模]“對比實驗”是學習中行之有效的思維方法。某學習小組在實驗室做了如圖所示的對比實驗，請回答下列問題：
圖4－10
(1)通過實驗甲，可說明燃燒的條件之一是__溫度要達到可燃物的著火點__。
(2)實驗乙能證明NaOH與CO2發生反應的證據是__②塑料瓶變癟程度比①大__。
5．[2019·溫州模擬]某校化學興趣小組的同學利用下列裝置進行實驗。
圖4－11
(1)實驗目的：Ⅰ.用高錳酸鉀制取一瓶氧氣，做細鐵絲燃燒的實驗；Ⅱ.粗略測定加熱2g高錳酸鉀所收集到的氧氣體積。
反應原理：(用化學方程式表示)
高錳酸鉀制氧氣：__2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑__；
細鐵絲在氧氣中燃燒：__3Fe＋2O2Fe3O4__。
裝置連接：
為達到實驗目的Ⅱ，各裝置的正確連接順序是：(填接口的字母)a→__c→b→d__。
(2)問題分析：
①實驗過程發現B瓶中的水變紅了，原因是：__試管口沒有放一團棉花__。
②用收集到的氧氣做細鐵絲燃燒的實驗時，發現瓶底炸裂，發生失誤的操作可能是__瓶中沒有留少量水__。
(3)鐵絲在氧氣中燃燒實驗中
①鐵絲為什么要繞成螺旋狀？__增大鐵絲的受熱面積__。
②鐵絲前端為什么要系一根火柴？__引燃鐵絲__。
③點燃火柴后，鐵絲插入集氣瓶中的適宜時刻是__待火柴臨近燒完時__。
(4)為何鐵絲要由上而下伸入集氣瓶中__防止細鐵絲燃燒時放熱使氧氣從集氣瓶口逸出，保證有充足的氧氣與細鐵絲反應__。
6．[2019·臺州]如圖表示某國際空間站的水氣整合系統，其中“氧氣生成系統”能電解水，產生氫氣和氧氣；“薩巴蒂爾系統”能把氫氣和航天員呼吸產生的二氧化碳反應生成液態水和甲烷氣體；液態水即時循環利用，甲烷排放到外太空。
圖4－12
(1)圖中化學式標注的物質，屬于有機物的是__CH4(或甲烷)__。
(2)已知一個航天員平均一天要消耗約0.8kg的氧氣，請計算一個航天員在空間站30天，理論上至少需要給該水氣整合系統補充多少質量的水？(已知二氧化碳足量)
【答案】 設要生成0.8kg的氧氣，需要消耗水的質量為x。
2H2O2H2↑＋O2↑
　36　　　　　　32
　x　　　　　　0.8kg
＝，x＝0.9kg，
H2與CO2反應的化學方程式為：4H2＋CO2CH4＋2H2O
結合2個化學反應方程式可知：水氣整合系統中電解的水有一半可循環利用，所以需要補充水的質量為0.9kg×50%×30＝13.5kg。
[或設要生成0.8kg的氧氣，需要消耗水的質量為x，同時產生氫氣的質量為y。
2H2O2H2↑＋O2↑
　36　　　4　　32
　x　　　y　　0.8kg
＝＝，x＝0.9kg，y＝0.1kg，
設反應0.1kg的氫氣能生成水的質量為z。
4H2＋CO2CH4＋2H2O
8　　　　　　　　　　　36
0．1kg 　　　　　　　　　　z
＝，z＝0.45kg，
需要補充水的質量為(0.9kg－0.45kg)×30＝13.5kg。]

展開更多......

收起↑