初中化学 02 空气和氧气

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一、空气的组成

1. 空气成分及体积分数（必考）

氮气\(\ce{N_{2}}\)：\(78\%\)、氧气\(\ce{O_{2}}\)：\(21\%\)、稀有气体：\(0.94\%\)、二氧化碳\(\ce{CO_{2}}\)：\(0.03\%\)、其他气体杂质\(0.03\%\)。

> 注意：是体积分数，不是质量分数。

2. 空气中氧气含量测定实验（红磷燃烧实验，核心重难点）

1. 药品：红磷（不能用木炭、硫、铁丝，木炭、硫燃烧生成气体，瓶内压强几乎不变；铁丝空气中不能燃烧）

2. 反应原理：\(\ce{4P+5O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}2P_{2}O_{5}}\)，红磷燃烧消耗氧气，生成固体五氧化二磷，集气瓶内气压减小，水被压入瓶中。

3. 现象：红磷剧烈燃烧，产生大量白烟，放热；冷却至室温后，打开止水夹，烧杯中水进入集气瓶，进水体积约占集气瓶原空气体积\(\boldsymbol{\dfrac15}\)。

4. 误差分析：

进水少于\(\dfrac15\)：红磷不足、装置漏气、未冷却至室温就打开弹簧夹；

进水多于\(\dfrac15\)：点燃红磷后伸入集气瓶太慢、止水夹未夹紧。

3. 纯净物与混合物

混合物：由两种或多种物质混合而成，无固定化学式，如空气、海水、矿泉水、稀有气体；

纯净物：只由一种物质组成，有固定化学式，如氧气、氮气、五氧化二磷、冰水混合物。

4. 空气中各成分用途

1. 氮气：化学性质不活泼，作保护气、制氮肥、液氮冷冻；

2. 稀有气体（氦氖氩氪氙）：化学性质极稳定，通电发光，做电光源、保护气；

3. 氧气：供给呼吸、支持燃烧。

5. 空气污染物

有害气体：\(\ce{CO}\)、\(\ce{SO_{2}}\)、氮氧化物；可吸入颗粒物（PM2.5、粉尘）；\(\ce{CO_{2}}\)不是空气污染物。

二、氧气

1. 氧气物理性质

常温无色无味气体，不易溶于水，密度略大于空气；液态氧、固态氧为淡蓝色。

2. 氧气化学性质（助燃性，无可燃性，不能做燃料）

氧气能与多种单质反应，燃烧剧烈程度随氧气浓度变大而增强。

1. 木炭（\(\ce{C}\)）：空气中发红热，氧气中剧烈燃烧发白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的\(\ce{CO_{2}}\)；\(\ce{C+O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}CO_{2}}\)

2. 硫（\(\ce{S}\)）：空气中淡蓝色火焰，氧气中蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体\(\ce{SO_{2}}\)；\(\ce{S+O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}SO_{2}}\)（集气瓶底放水吸收二氧化硫防污染）

3. 铁丝（\(\ce{Fe}\)）：空气中不能燃烧，氧气中剧烈燃烧、火星四射、放热、生成黑色固体\(\ce{Fe_{3}O_{4}}\)；\(\ce{3Fe+2O_{2}\xlongequal{\text{点燃}}Fe_{3}O_{4}}\)（瓶底铺细沙或加水，防止高温熔融物炸裂瓶底）

3. 化合反应、氧化反应

化合反应：多变一（多种物质生成一种），\(\ce{A+B\rightarrow AB}\)；

氧化反应：物质与氧气发生的反应，分剧烈氧化（燃烧、爆炸）、缓慢氧化（呼吸、铁生锈、食物腐烂、酿酒，放热不发光）。

4. 氧气制取（实验室三种制法+工业制法）

（1）实验室制取（化学变化）

① 过氧化氢（双氧水）\(\xrightarrow{\ce{MnO_{2}}}\)水+氧气：\(\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}}2H_{2}O+O_{2}↑}\)（固液常温型发生装置）

② 氯酸钾\(\xrightarrow[\Delta]{\ce{MnO_{2}}}\)氯化钾+氧气：\(\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl+3O_{2}↑}\)（固体加热型）

③ 高锰酸钾\(\xrightarrow{\Delta}\)锰酸钾+二氧化锰+氧气：\(\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}↑}\)（试管口塞棉花，防止粉末进入导管）

> 催化剂（\(\ce{MnO_{2}}\)）：改变反应速率，自身质量、化学性质反应前后不变。

（2）收集氧气方法

排水法（氧气不易溶于水，收集气体纯净）；向上排空气法（氧气密度大于空气，操作简便）。

（3）工业制氧气：分离液态空气（利用氮气、氧气沸点不同，物理变化）

5. 分解反应：一变多（一种物质生成多种）\(\ce{AB\rightarrow A+B}\)，三种制氧反应都属于分解反应。

1. 例题1 空气中体积分数最大的气体是（）

A.氧气 B.氮气 C.二氧化碳 D.稀有气体

答案：B

解析：

氮气体积分数78%，为空气中含量最高气体。

2. 例题2 测定空气中氧气含量实验不能选用木炭的原因是________。

答案：木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强基本不变，水无法进入集气瓶。

解析：

红磷生成固体，碳生成气态产物，达不到实验压强差要求。

3. 例题3 下列物质属于纯净物的是（）

A.洁净空气 B.冰水混合物 C.矿泉水 D.稀有气体

答案：B

解析：

冰水只有水分子，是纯净物；空气、矿泉水、稀有气体均含多种物质，混合物。

4. 例题4 红磷测氧实验进水体积小于\(\dfrac15\)，下列原因错误的是（）

A.红磷不足 B.装置漏气 C.弹簧夹夹紧 D.未冷却就开止水夹

答案：C

解析：

弹簧夹夹紧是正确操作，不会造成进水偏少。

5. 例题5 填空：氮气用作食品保护气，利用氮气________（物理/化学）性质。

答案：化学

解析：

氮气化学性质稳定，不易和食品发生反应。

6. 例题6 下列不属于空气污染物的是（）

A.\(\ce{SO_{2}}\) B.\(\ce{CO_{2}}\) C.\(\ce{CO}\) D.PM2.5

答案：B

解析：

二氧化碳是空气固有成分，不算空气污染物。

7. 例题7 稀有气体通电发光是________（物理/化学）变化。

答案：物理

解析：

发光过程无新物质生成，只改变能量形式。

8. 例题8 下列用途利用氧气物理性质的是（）

A.医疗急救 B.液氧做火箭助燃剂 C.液氧低温储存 D.炼钢

答案：C

解析：

液化属于状态变化，物理性质；呼吸、助燃、炼钢均利用化学性质。

9. 例题9 判断：空气由空气分子构成（对/错）

答案：错

解析：

空气是混合物，由氮气分子、氧气分子等多种微粒构成，无空气分子。

10. 例题10 填空：工业制取氧气采用分离液态空气，属于____变化。

答案：物理

解析：

只是依据沸点分离组分，无新物质生成。

11. 例题11 硫在氧气中燃烧火焰颜色是（）

A.淡蓝色 B.蓝紫色 C.黄色 D.白色

答案：B

解析：

空气中淡蓝色火焰，纯氧中蓝紫色火焰。

12. 例题12 铁丝在氧气燃烧，集气瓶底加水目的：________。

答案：防止高温熔融物四氧化三铁掉落炸裂集气瓶瓶底。

13. 例题13 下列描述氧气化学性质的是（）

A.无色气体 B.不易溶于水 C.能支持燃烧 D.密度大于空气

答案：C

解析：

助燃性需要化学变化表现，属于化学性质，其余均为物理性质。

14. 例题14 实验室用过氧化氢制氧气，二氧化锰作用是（）

A.增加氧气质量 B.作催化剂，加快反应速率 C.生成氧气 D.提高氧气纯度

答案：B

解析：

催化剂只改变速率，不改变生成物质量。

15. 例题15 填空：高锰酸钾制氧气试管口塞棉花，目的是________。

答案：防止高锰酸钾粉末受热飞溅进入导管堵塞导管。

16. 例题16 下列反应属于化合反应的是（）

A.过氧化氢制氧气 B.铁丝在氧气燃烧 C.高锰酸钾分解 D.水通电分解

答案：B

解析：

铁+氧气→四氧化三铁，多变一，化合反应；其余都是一变多，分解反应。

17. 例题17 下列变化属于缓慢氧化的是（）

A.木炭燃烧 B.火药爆炸 C.食物腐烂 D.红磷燃烧

答案：C

解析：

腐烂缓慢放热、无明火，缓慢氧化；燃烧爆炸都是剧烈氧化。

18. 例题18 收集氧气既能用排水法又能用向上排空气法，依据氧气：________。

答案：不易溶于水、密度略大于空气。

19. 例题19 判断：氧气具有可燃性，可以作燃料（对/错）

答案：错

解析：

氧气只有助燃性，不能燃烧，无法当做燃料。

20. 例题20 从“化合反应、分解反应、物理变化、化学变化”填空：氯酸钾加热制氧气属于____、____。

答案：化学变化、分解反应

解析：

反应生成新物质，是化学变化；一种物质生成两种物质，一变多为分解反应。

补充易错小结

1. \(\ce{O_{2}}\)：助燃≠可燃，不能做燃料；

2. 白烟=固体小颗粒，白雾=液体小液滴，红磷产物是白烟；

3. 催化剂只变速率，质量、化学性质全程不变；

4. 分离液态空气制氧气是物理变化，实验室制氧全是化学变化。

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