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专题02 空气 氧气你
知识01 空气的成分及用途 知识02 空气的污染与防治 知识03 氧气的性质 知识04 影响化学反应速率的因素 方法01 空气中氧气含量的测定 方法02 氧气的制取
知识01 空气的成分及用途
空气成分及体积分数 用途
氮气（N2） 78% ①作保护气（如食品包装填充气，焊接金属时做保护气，灯泡中充氮气以延长使用寿命）→化学性质不活泼 ②制造化肥和硝酸的原料
氧气（O2） 21% ①供给呼吸（如医疗急救、潜水等） ②支持燃烧（如炼钢等）
稀有气体 0.94% ①作保护气（如焊接金属）→化学性质不活泼 ②氦气填充探空气球→密度比空气小 ③作电光源（如霓虹灯）→通电时发出不同颜色的光
二氧化碳（N2） 0.03% ①灭火→不燃烧也不支持燃烧 ②人工降雨、食品冷藏保鲜等→干冰（固态二氧化碳）升华吸热 ③气体肥料→植物光合作用的原料
其他0.03%
【例1】（2023·山东淄博·中考真题）空气看不见，摸不着。下列有关空气的描述错误的是（ ）
A．干燥洁净的空气中氧气的体积分数约为 78%
B．通常情况下空气中各组分之间彼此不发生化学反应
C．空气中分离出来的氮气化学性质不活泼，可用于食品防腐
D．目前计入空气污染指数的有害气体主要包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧等
知识2 空气的污染及防治
污染物 气体：SO2、NO2、CO、O3，其中SO2、NO2会导致酸雨（pH<5.6） 固体：可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）→形成雾霾
污染物的来源及防治 ①化石燃料的燃烧→使用清洁能源； ②工厂的废气→废气经处理达标后才能排放； ③汽车尾气：安装汽车尾气净化装置、单双号限行，绿色出行等 ④植被破坏引起的沙尘→积极植树、造林，提高空气的自净能力 ⑤加强大气质量监测
【特别提醒】二氧化碳不属于空气污染物
【例2】（2023·广东广州·统考中考真题）生机勃勃的地球离不开空气，下列关于空气的说法不正确的是（ ）
A．稀有气体可用于霓虹灯的制作
B．CO2是植物光合作用的重要原料
C．SO2排放是导致酸雨的原因之一
D．PM2.5的含量越高空气质量越好
知识3 氧气的性质
1.氧气的物理性质及化学性质
物理性质 标准状况下为无色、无味的气体，密度比空气大，不易溶于水，液态时呈淡蓝色，固态时为淡蓝色雪花状
化学性质 比较活泼，能供给呼吸，支持燃烧（能使带火星的木条复燃）
2.氧气性质实验
现象 化学方程式
硫 ①空气中：燃烧时发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体 ②氧气中：燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体 S+O2SO2
木炭 ①空气中：持续红热 ②氧气中：剧烈燃烧，发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，放出热量 C+O2CO2
铁丝 ①空气中：只红热，不能燃烧 ②氧气中：剧烈燃烧，火星四射、放出大量热、生成黑色固体 3Fe+2O2Fe3O4
红磷 产生大量白烟，放出热量 4P+5O22P2O5
镁条 发出耀眼白光、放出热量、生成白色固体 2Mg+O22MgO
氢气 产生淡蓝色火焰，放出热量 2H2+O22H2O
甲烷 产生蓝色火焰，放出热量 CH4+2O22H2O+CO2
一氧化碳 产生蓝色火焰，放出热量 2CO+O22CO2
酒精 产生蓝色火焰，放出热量 C2H5OH+3O23H2O+2C2
【例3】（2023·广西·统考中考真题）下列实验现象描述正确的是（ ）
A．磷在空气中燃烧产生大量的白雾
B．木炭在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C．镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，生成黑色固体
D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
知识4 影响化学反应速率的因素
内因 反应物本身的性质（注意因素）如铁不能在空气中燃烧而硫可以
外因 催化剂 概念：在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后没有发生变化的物质
特点：①可以改变化学反应速率，可以是加快，也可以是减慢 ②不改变生成物的质量
催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用
温度 升高温度可以加快反应速率：如食物在夏天比冬天更易变质
反应物的浓度 增大反应物的低浓度可以加快反应速率：如物质在氧气中燃烧比在空气中更剧烈
反应物的接触面积 增大反应物的接触面积，可以加快反应速率：如煤粉比煤块燃烧更快、更剧烈
【例4】（广西玉林·统考中考真题）下列对催化剂描述正确的是（ ）
A．某些化学反应可以有多种催化剂
B．只有分解反应才需要催化剂
C．催化剂的作用是加快反应速率
D．催化剂可以增加生成物质量
方法1 空气中氧气含量的测定
1.化学史：二百多年前法国化学家拉瓦锡用汞能与氧气反应，用定量的方法研究了空气的成分
反应原理：2Hg+O22HgO
2.实验室中氧气含量的测定
实验原理 利用物质在密闭容器中燃烧，消耗容器中的氧气，使密闭容器中压强减小，在大气压作用下，与之连通的液体会被大气压压入密闭容器，进入密闭容器中的液体体积即为密闭容器内减少的氧气的体积
实验药品及装置 药品 红磷
反应原理 4P+5O22P2O5
实验装置
实验现象 ①集气瓶中红磷燃烧，放出热量，生成大量白烟 ②装置冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，集气瓶中水面上升至原气体体积的1/5
实验结论 空气中氧气约占空气体积的1/5
药品选择 ①不能用铁丝代替红磷：铁丝在空气中不能燃烧 ②不能用木炭代替红磷：木炭燃烧会生成二氧化碳气体，装置中压强不会减小 ③若要用硫粉代替红磷，则要将集气瓶中的水换为氢氧化钠溶液(吸收生成的二氧化硫)
【总结药品选用原则】 ①药品在空气中易燃 ②药品只能与空气中的氧气反应 ③尽可能选择与氧气反应只生成固体的物质，若选择的物质与氧气反应生成气体，则需要用适当的试剂吸收
误差分析 【偏大】 ①红磷不足 ②装置漏气 ③装置未冷却至室温就打开弹簧夹
【偏小】 ①红磷点然后伸入集气瓶过慢 ②弹环夹未夹紧，造成红磷燃烧时空气受热膨胀溢出
【例7】（四川乐山·统考中考真题）为测定空气中氧气的含量，某同学将教材实验进行改进，改进后的实验装置如图所示，(部分夹持装置已忽略)，实验时引燃红磷后便熄灭酒精灯。下列有关改进实验的说法不正确的是（ ）
A．红磷燃烧的化学方程式可以表示为：
B．待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向右移动
C．实验结束后试管内气体的主要成分为氮气
D．改进后的装置能减少测量误差，且对环境更友好
方法2 氧气的制取
一、实验原理及气体发生装置的选择
1.选择依据
2.气体发生装置
（1）固固加热型
实验室用高锰酸钾制取氧气：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
实验室用氯酸钾制取氧气：________________________________
【特别提醒】实验开始前先检查装置的气密性
（2）固液（或液液）常温型
选择依据：反应物的状态为固体和液体或液体和液体，不需要加热
装置
序号 A B C D
优点 安装简便 便于随时添加液体 可控制反应速率 可随时控制反应的发生和停止
适用范围 用于制取少量气体 用于平稳反应并制取较多气体 用于剧烈反应并制取较多气体 用于平稳反应并持续时间较长的气体制取
举例：实验室制取氧气2H2O2 2H2O+O2↑
实验室制取二氧化碳：2HCl+CaCO3===CaCl2+H2O+CO2↑
实验室制取氢气：H2SO4+Zn===ZnSO4+H2↑
【特别提醒】
①B装置中长颈漏斗末端应伸入液面下，防止生成的气体从长颈漏斗导管口逸出
②D装置控制反应停止的原理：当用弹簧夹夹紧橡胶管时，产生的气体使装置内的压强增大，液体被压回到长颈漏斗中，与固体反应物分离，反应停止
控制反应发生的原理：打开弹簧夹，产生的气体沿导管排出，液体与固体接触，反应发生
③D装置不能用制取O2的原因是二氧化锰是粉末状固体，无法放置于多孔隔板上
二、气体收集装置
1.选择依据：气体的物理性质（密度和溶解性）和化学性质（能否与空气成分、水反应）
2.收集方法及注意事项
装置
依据 不易溶或难溶于水 密度比空气大 密度比空气小
优缺点 收集的气体较纯净但不干燥 收集的气体较干燥但纯度不高
举例 O2、H2、CH4等 O2、CO2等 H2、CH4、NH3等
【特别提醒】
①用固固加热型装置制备并用排水法收集氧气时，实验完毕后，需要进行的操作是先从水槽中撤出导管，再熄灭酒精灯，目的是防止水槽中的水倒吸入热的试管使试管炸裂
②用排水法收集气体的最佳时机是当导管口有连续均匀的气泡冒出时开始收集
三、气体的检验与验满
1.气体的检验
氧气 将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明气体为O2
二氧化碳 将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明气体为CO2
氢气 将气体通过灼热的氧化铜和无水硫酸铜，黑色氧化铜固体变为红色，白色无水硫酸铜变蓝
水蒸气 通过白色的无水硫酸铜，无水硫酸铜变蓝
氨气 将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶瓶口，试纸变蓝
2.气体的验满
氧气 将带火星的木条放在集气瓶瓶口，则证明O2已收集满
二氧化碳 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭则证明CO2已收集满
【例8】（四川甘孜·统考中考真题）实验室用KMnO4固体制取O2并验证其性质，下列有关操作正确的是（ ）
A．加热KMnO4制O2 B．排水法收集O2
C．O2与铁丝反应 D．O2与硫反应
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专题02 空气 氧气
知识01 空气的成分及用途 知识02 空气的污染与防治 知识03 氧气的性质 知识04 影响化学反应速率的因素 方法01 空气中氧气含量的测定 方法02 氧气的制取
知识01 空气的成分及用途
空气成分及体积分数 用途
氮气（N2） 78% ①作保护气（如食品包装填充气，焊接金属时做保护气，灯泡中充氮气以延长使用寿命）→化学性质不活泼 ②制造化肥和硝酸的原料
氧气（O2） 21% ①供给呼吸（如医疗急救、潜水等） ②支持燃烧（如炼钢等）
稀有气体 0.94% ①作保护气（如焊接金属）→化学性质不活泼 ②氦气填充探空气球→密度比空气小 ③作电光源（如霓虹灯）→通电时发出不同颜色的光
二氧化碳（N2） 0.03% ①灭火→不燃烧也不支持燃烧 ②人工降雨、食品冷藏保鲜等→干冰（固态二氧化碳）升华吸热 ③气体肥料→植物光合作用的原料
其他0.03%
【例1】（2023·山东淄博·中考真题）空气看不见，摸不着。下列有关空气的描述错误的是（ ）
A．干燥洁净的空气中氧气的体积分数约为 78%
B．通常情况下空气中各组分之间彼此不发生化学反应
C．空气中分离出来的氮气化学性质不活泼，可用于食品防腐
D．目前计入空气污染指数的有害气体主要包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧等
【答案】A
【详解】A、干燥洁净的空气中氧气的体积分数约为 21%，体积分数约为78%是氮气，选项错误；
B、通常情况下空气中各组分之间彼此不发生化学反应，选项正确；
C、空气中分离出来的氮气化学性质不活泼，可用于食品防腐，选项正确；
D、目前计入空气污染指数的有害气体主要包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧等，选项正确。
故选A。
知识2 空气的污染及防治
污染物 气体：SO2、NO2、CO、O3，其中SO2、NO2会导致酸雨（pH<5.6） 固体：可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）→形成雾霾
污染物的来源及防治 ①化石燃料的燃烧→使用清洁能源； ②工厂的废气→废气经处理达标后才能排放； ③汽车尾气：安装汽车尾气净化装置、单双号限行，绿色出行等 ④植被破坏引起的沙尘→积极植树、造林，提高空气的自净能力 ⑤加强大气质量监测
【特别提醒】二氧化碳不属于空气污染物
【例2】（2023·广东广州·统考中考真题）生机勃勃的地球离不开空气，下列关于空气的说法不正确的是（ ）
A．稀有气体可用于霓虹灯的制作
B．CO2是植物光合作用的重要原料
C．SO2排放是导致酸雨的原因之一
D．PM2.5的含量越高空气质量越好
【答案】D
【详解】A、稀有气体通电可以发出不同颜色的光，可用于霓虹灯的制作，正确；
B、光合作用可将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，二氧化碳是植物光合作用的原料，正确；
C、二氧化硫和水、氧气反应可生成硫酸，随降水落下形成酸雨，二氧化硫排放是导致酸雨的原因之一，正确；
D、PM2.5是空气污染物，含量越高空气质量越差，错误；
故选D。
知识3 氧气的性质
1.氧气的物理性质及化学性质
物理性质 标准状况下为无色、无味的气体，密度比空气大，不易溶于水，液态时呈淡蓝色，固态时为淡蓝色雪花状
化学性质 比较活泼，能供给呼吸，支持燃烧（能使带火星的木条复燃）
2.氧气性质实验
现象 化学方程式
硫 ①空气中：燃烧时发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体 ②氧气中：燃烧时发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体 S+O2SO2
木炭 ①空气中：持续红热 ②氧气中：剧烈燃烧，发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，放出热量 C+O2CO2
铁丝 ①空气中：只红热，不能燃烧 ②氧气中：剧烈燃烧，火星四射、放出大量热、生成黑色固体 3Fe+2O2Fe3O4
红磷 产生大量白烟，放出热量 4P+5O22P2O5
镁条 发出耀眼白光、放出热量、生成白色固体 2Mg+O22MgO
氢气 产生淡蓝色火焰，放出热量 2H2+O22H2O
甲烷 产生蓝色火焰，放出热量 CH4+2O22H2O+CO2
一氧化碳 产生蓝色火焰，放出热量 2CO+O22CO2
酒精 产生蓝色火焰，放出热量 C2H5OH+3O23H2O+2C2
【例3】（2023·广西·统考中考真题）下列实验现象描述正确的是（ ）
A．磷在空气中燃烧产生大量的白雾
B．木炭在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C．镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，生成黑色固体
D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
【答案】D
【详解】A、磷在空气中燃烧产生大量的白烟，而不是白雾，故选项实验现象描述不正确；
B、木炭在空气中燃烧发出红光，放热，故选项实验现象描述不正确；
C、镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，放热，生成白色固体，故选项实验现象描述不正确；
D、铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放热，并生成黑色固体，故选项实验现象描述正确。
故选D。
知识4 影响化学反应速率的因素
内因 反应物本身的性质（注意因素）如铁不能在空气中燃烧而硫可以
外因 催化剂 概念：在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后没有发生变化的物质
特点：①可以改变化学反应速率，可以是加快，也可以是减慢 ②不改变生成物的质量
催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用
温度 升高温度可以加快反应速率：如食物在夏天比冬天更易变质
反应物的浓度 增大反应物的低浓度可以加快反应速率：如物质在氧气中燃烧比在空气中更剧烈
反应物的接触面积 增大反应物的接触面积，可以加快反应速率：如煤粉比煤块燃烧更快、更剧烈
【例4】（广西玉林·统考中考真题）下列对催化剂描述正确的是（ ）
A．某些化学反应可以有多种催化剂
B．只有分解反应才需要催化剂
C．催化剂的作用是加快反应速率
D．催化剂可以增加生成物质量
【答案】A
【详解】A、某些化学反应可以有多种催化剂，如分解过氧化氢溶液可用二氧化锰、氧化铜、硫酸铜溶液等作催化剂，故选项说法正确；
B、不是只有分解反应才需要催化剂，如氮气与氢气生成氨气的化合反应也需要催化剂，故选项说法错误；
C、催化剂的作用是改变化学反应速率，故选项说法错误；
D、催化剂不能改变生成物质量，故选项说法错误。
故选A。
【点睛】催化剂的特点可以概括为“一变二不变”，一变是能够改变化学反应速率，二不变是指质量和化学性质在化学反应前后保持不变。
方法1 空气中氧气含量的测定
1.化学史：二百多年前法国化学家拉瓦锡用汞能与氧气反应，用定量的方法研究了空气的成分
反应原理：2Hg+O22HgO
2.实验室中氧气含量的测定
实验原理 利用物质在密闭容器中燃烧，消耗容器中的氧气，使密闭容器中压强减小，在大气压作用下，与之连通的液体会被大气压压入密闭容器，进入密闭容器中的液体体积即为密闭容器内减少的氧气的体积
实验药品及装置 药品 红磷
反应原理 4P+5O22P2O5
实验装置
实验现象 ①集气瓶中红磷燃烧，放出热量，生成大量白烟 ②装置冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，集气瓶中水面上升至原气体体积的1/5
实验结论 空气中氧气约占空气体积的1/5
药品选择 ①不能用铁丝代替红磷：铁丝在空气中不能燃烧 ②不能用木炭代替红磷：木炭燃烧会生成二氧化碳气体，装置中压强不会减小 ③若要用硫粉代替红磷，则要将集气瓶中的水换为氢氧化钠溶液(吸收生成的二氧化硫)
【总结药品选用原则】 ①药品在空气中易燃 ②药品只能与空气中的氧气反应 ③尽可能选择与氧气反应只生成固体的物质，若选择的物质与氧气反应生成气体，则需要用适当的试剂吸收
误差分析 【偏大】 ①红磷不足 ②装置漏气 ③装置未冷却至室温就打开弹簧夹
【偏小】 ①红磷点然后伸入集气瓶过慢 ②弹环夹未夹紧，造成红磷燃烧时空气受热膨胀溢出
【例7】（四川乐山·统考中考真题）为测定空气中氧气的含量，某同学将教材实验进行改进，改进后的实验装置如图所示，(部分夹持装置已忽略)，实验时引燃红磷后便熄灭酒精灯。下列有关改进实验的说法不正确的是（ ）
A．红磷燃烧的化学方程式可以表示为：
B．待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向右移动
C．实验结束后试管内气体的主要成分为氮气
D．改进后的装置能减少测量误差，且对环境更友好
【答案】B
【详解】A.红磷燃烧的化学方程式可以表示为：，正确。
B.待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器内压强变小，所以注射器活塞向左移动，选项错误。
C.实验结束后试管内气体的主要成分为氮气，氧气与红磷反应，正确。
D.改进后的装置能减少测量误差，且对环境更友好，正确。
故选：B。
方法2 氧气的制取
一、实验原理及气体发生装置的选择
1.选择依据
2.气体发生装置
（1）固固加热型
实验室用高锰酸钾制取氧气：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
实验室用氯酸钾制取氧气：
【特别提醒】实验开始前先检查装置的气密性
（2）固液（或液液）常温型
选择依据：反应物的状态为固体和液体或液体和液体，不需要加热
装置
序号 A B C D
优点 安装简便 便于随时添加液体 可控制反应速率 可随时控制反应的发生和停止
适用范围 用于制取少量气体 用于平稳反应并制取较多气体 用于剧烈反应并制取较多气体 用于平稳反应并持续时间较长的气体制取
举例：实验室制取氧气2H2O2 2H2O+O2↑
实验室制取二氧化碳：2HCl+CaCO3===CaCl2+H2O+CO2↑
实验室制取氢气：H2SO4+Zn===ZnSO4+H2↑
【特别提醒】
①B装置中长颈漏斗末端应伸入液面下，防止生成的气体从长颈漏斗导管口逸出
②D装置控制反应停止的原理：当用弹簧夹夹紧橡胶管时，产生的气体使装置内的压强增大，液体被压回到长颈漏斗中，与固体反应物分离，反应停止
控制反应发生的原理：打开弹簧夹，产生的气体沿导管排出，液体与固体接触，反应发生
③D装置不能用制取O2的原因是二氧化锰是粉末状固体，无法放置于多孔隔板上
二、气体收集装置
1.选择依据：气体的物理性质（密度和溶解性）和化学性质（能否与空气成分、水反应）
2.收集方法及注意事项
装置
依据 不易溶或难溶于水 密度比空气大 密度比空气小
优缺点 收集的气体较纯净但不干燥 收集的气体较干燥但纯度不高
举例 O2、H2、CH4等 O2、CO2等 H2、CH4、NH3等
【特别提醒】
①用固固加热型装置制备并用排水法收集氧气时，实验完毕后，需要进行的操作是先从水槽中撤出导管，再熄灭酒精灯，目的是防止水槽中的水倒吸入热的试管使试管炸裂
②用排水法收集气体的最佳时机是当导管口有连续均匀的气泡冒出时开始收集
三、气体的检验与验满
1.气体的检验
氧气 将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明气体为O2
二氧化碳 将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明气体为CO2
氢气 将气体通过灼热的氧化铜和无水硫酸铜，黑色氧化铜固体变为红色，白色无水硫酸铜变蓝
水蒸气 通过白色的无水硫酸铜，无水硫酸铜变蓝
氨气 将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶瓶口，试纸变蓝
2.气体的验满
氧气 将带火星的木条放在集气瓶瓶口，则证明O2已收集满
二氧化碳 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭则证明CO2已收集满
【例8】（四川甘孜·统考中考真题）实验室用KMnO4固体制取O2并验证其性质，下列有关操作正确的是（ ）
A．加热KMnO4制O2 B．排水法收集O2
C．O2与铁丝反应 D．O2与硫反应
【答案】B
【详解】A、加热高锰酸钾制取氧气，导管前端要放一团棉花，防止固体粉末进入导管，错误；
B、氧气不易溶于水，能用排水法收集，集气瓶装满水，导管升入瓶口少许，正确；
C、铁丝在氧气中燃烧，集气瓶中要放少量的水或细沙，防止生成物溅落炸裂瓶底，错误；
D、硫在氧气中燃烧，集气瓶口要用毛玻片盖住，减少二氧化硫的排放，或在瓶中装水吸收二氧化硫，减少空气污染，错误；
故选：B。
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