一、空氣的成分1.對空氣的成分的研究法國化學家拉瓦錫通過實驗得出了空氣是由氮氣和氧氣組成的結論。
2.空氣的成分(1)空氣的成分。
注意空氣中各成分的含量指的是氣體體積分數(shù)而不是質量分數(shù),一般來說空氣的成分比較固定。這是因為動植物的呼吸、物質的腐爛、鋼鐵的銹蝕等都需要消耗大量的氧氣,但是綠色植物在日光下進行光合作用會放出大量氧氣,使氧氣含量保持相對穩(wěn)定。
(2)氮氣和稀有氣體。性質:都是無色無味的氣體,氮氣在常溫下化學性質很穩(wěn)定;稀有氣體幾乎不與任何物質發(fā)生化學反應。用途:氮氣可生產硝酸和化肥,作保護氣;稀有氣體可用于制作電光源。
3.空氣中氧氣的含量測定實驗(1)實驗裝置如右圖所示。
(2)實驗原理:利用紅磷燃燒消耗密閉容器內空氣中的氧氣,使密閉容器內的壓強減小,在大氣壓的作用下,將水壓入集氣瓶,進入瓶中水的體積即是氧氣的體積。
(3)實驗步驟:檢查裝置的氣密性;集氣瓶內加入少量水,以水面為基準線,把集氣瓶水面上方分成五等份;點燃過量的紅磷,立即伸入瓶中,把塞子塞緊;紅磷燃燒停止后,冷卻到室溫,打開彈簧夾,觀察現(xiàn)象。(4)實驗現(xiàn)象:燒杯中的水進入集氣瓶內,水面上升到集氣瓶中原空氣體積的約 處。紅磷燃燒產生大量白煙。
(6)誤差分析:①測量結果小于 的原因:紅磷用量不足,氧氣未消耗盡;裝置的氣密性不好,當集氣瓶內氧氣消耗盡時,瓶內壓強減小,瓶外空氣進入集氣瓶;裝置未冷卻至室溫就打開彈簧夾。②測量結果大于 的原因可能是:彈簧夾未夾緊膠皮管,在紅磷燃燒過程中,有少量瓶內氣體沿導管排出。
注意①測量氧氣的體積必須采用易與氧氣反應且沒有氣體生成的物質。此裝置中鐵、木炭、硫不能用作測定氧氣含量的反應物。②測量的反應物一定要足量,裝置必須密封。
二、空氣的污染和防治1.污染物:目前計入空氣質量評價的主要污染物為有害氣體(如CO、SO2、NO2和O3等)及PM10、PM2.5等。2.污染源:煤、石油等化石燃料的燃燒,工廠排出的廢氣,汽車尾氣,農作物秸稈的焚燒等。3.危害:被污染的空氣會嚴重損害人體健康,影響農作物生長,破壞生態(tài)環(huán)境。全球氣候變暖、臭氧層破壞和酸雨等都與空氣污染有關。
4.凈化空氣的措施:減少化石燃料的燃燒;開發(fā)新能源;植樹造林。5.空氣質量日報:主要內容包括空氣質量指數(shù)、首要污染物、空氣質量級別等。
三、氧氣的性質和用途1.氧氣的物理性質通常情況下氧氣是一種沒有顏色、沒有氣味的氣體,降到一定溫度時變成淡藍色液體或淡藍色雪花狀固體,密度比空氣略大,不易溶于水。2.氧氣的化學性質氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體,具有氧化性和助燃性,不具有可燃性。
3.氧氣與常見物質的反應
4.用途氧氣的兩個重要用途是支持燃燒和供給呼吸。5.危害各種事物都具有兩面性,氧氣對人有有利的一面,但也有有害的一面,如緩慢氧化造成的鋼鐵腐蝕、食物腐爛。
四、氧氣的制法1.氧氣的實驗室制法
注意(1)用高錳酸鉀制氧氣并采用排水法收集時,高錳酸鉀要平鋪在試管底部,試管口要塞一團棉花,且試管口略向下傾斜,防止水倒流使試管炸裂;實驗結束時,要先取出導管,再熄滅酒精燈,防止因水倒吸而使試管炸裂。(2)用過氧化氫制氧氣時,長頸漏斗下端要插入液面以下,防止氧氣從長頸漏斗中逸出。
2.氧氣的工業(yè)制法(1)分離液態(tài)空氣制氧氣。通過降溫加壓,使空氣變?yōu)橐簯B(tài),然后蒸發(fā)。液態(tài)氮先蒸發(fā)出來,剩下的主要是液態(tài)氧。此過程是物理變化。(2)利用膜分離技術制氧氣。
五、幾組概念1.純凈物和混合物
2.氧化反應、化合反應與分解反應的比較
3.催化劑和催化作用(1)催化劑(又叫觸媒),在化學反應里能改變其他物質的化學反應速率,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。(2)催化作用:催化劑在化學反應中所起的作用。
注意學習催化劑概念時要注意以下三點。①催化劑只改變反應速率,可增大反應速率,也可減小反應速率;②催化劑的質量在化學反應前后不改變;③催化劑的化學性質在化學反應前后不改變。要證明某一物質是否為某一化學反應的催化劑應抓住這三點。
1.下列關于空氣成分的說法錯誤的是(　　)A.氧氣約占空氣體積的21%B.餅干在空氣中變軟是因為空氣中含有水蒸氣C.稀有氣體通電發(fā)光是化學變化D.空氣中的氧氣主要來自植物的光合作用解析:稀有氣體通電發(fā)光的過程中沒有新物質生成,屬于物理變化,故C錯誤。答案:C
2.如圖所示裝置可用于測定空氣中氧氣的含量。下列說法中不正確的是(　　)A.紅磷燃燒一停止立即打開彈簧夾B.實驗前一定要檢驗裝置的氣密性C.此實驗可以證明氧氣約占空氣體積的D.將紅磷換成硫粉,瓶中的水換成濃氫氧化鈉溶液進行實驗,也能得出相同結論答案:A
3.2022年北京、張家口將聯(lián)合舉辦冬奧會,為辦成綠色奧運會,下列措施不可行的是(　　)A.發(fā)展公共交通,提倡綠色出行B.增加使用太陽能、核能等新能源C.改進燃煤鍋爐煙囪,將廢氣排到高空D.改進燃煤技術,減少SO2與粉塵排放
解析:A.提倡綠色出行,發(fā)展公共交通,可減少污染,有效減少有害氣體和PM2.5排放,故不符合題意;B.使用太陽能與核能等綠色能源,能減少PM2.5排放,故不符合題意;C.將廢氣排放到高空,不會減少污染氣體和PM2.5排放,故符合題意;D.改善燃料結構,減少SO2與粉塵的排放,也就減少了揚塵污染,減少了PM2.5排放,故不符合題意。故選C。答案:C
4.關于物質燃燒的現(xiàn)象描述正確的是(　　)A.紅磷在空氣中燃燒產生濃厚的煙霧B.鐵絲在空氣中燃燒,火星四射,生成黑色固體C.木炭在氧氣中燃燒發(fā)出白光,有無色刺激性氣味氣體生成D.硫在氧氣中燃燒發(fā)出藍紫色火焰,有刺激性氣味的氣體生成解析:紅磷在氧氣中燃燒產生濃厚的白煙,故A項錯誤;鐵絲在空氣中不能燃燒,故B項錯誤;木炭在氧氣中燃燒發(fā)出白光,有無色無氣味的氣體生成,故C項錯誤。答案:D
5.實驗室用如圖所示裝置制取氧氣,下列實驗操作正確的是(　　)A.加熱前,將集氣瓶注滿水,用玻璃片蓋著倒立在盛水的水槽中B.先將導管口移入集氣瓶,再開始加熱C.收集O2后,將集氣瓶移出水槽,然后蓋上玻璃片D.停止加熱時,先熄滅酒精燈,再移出導氣管
解析:先開始加熱,待導管口有氣泡連續(xù)、均勻地冒出時,再將導管管口移入集氣瓶收集氣體,故B項錯誤;收集O2后,先用玻璃片蓋住集氣瓶,再將集氣瓶移出水槽,故C項錯誤;停止加熱時,先移出導氣管,再熄滅酒精燈,故D項錯誤。答案:A
6.下列有關物質的分類,錯誤的是(　　)A.空氣屬于化合物B.水屬于氧化物C.氮氣屬于純凈物D.乙醇屬于有機物答案:A7.下列說法正確的是(　　)A.物質與氧氣發(fā)生的反應是化合反應B.物質與氧氣發(fā)生的反應都能產生燃燒現(xiàn)象C.物質與氧氣發(fā)生的化合反應一定是氧化反應D.只有物質與氧氣發(fā)生的反應才是氧化反應答案:C
8.下列關于催化劑的說法正確的是(　　)A.催化劑不能改變生成物的質量B.催化劑能增大化學反應速率,但本身的性質變化C.二氧化錳可做任何反應的催化劑D.沒有催化劑就不能進行化學反應
解析:催化劑只改變化學反應速率,而本身的化學性質和質量在反應前后沒有改變,故A正確;催化劑不僅可以增大化學反應速率,也可減小化學反應速率,故B錯誤;二氧化錳可作過氧化氫或氯酸鉀的催化劑,但不能做任何反應的催化劑,故C錯誤;有些化學反應沒有催化劑仍然可以進行,故D錯誤。答案:A
9.實驗室制取氣體常常用到下列裝置,根據(jù)給出的裝置回答下列問題:
(1)寫出標號儀器的名稱:①　　　　　;②　 。?(2)若該實驗選擇裝置A來制取氧氣,請寫出該反應的化學方程式:　 。?(3)若選擇高錳酸鉀制取并收集較純凈的O2,則應選擇裝置　　　 。該套裝置有一處不足的地方,請你指出并加以改進:　? 　。?(4)用圖F裝置可收集和干燥氧氣;若將廣口瓶充滿水來收集氧氣,氣體應從　　　(填“a”或“b”)端通入;若氣體從a端通入廣口瓶,廣口瓶內應盛裝　　　(填試劑的名稱)來干燥氧氣。
答案:(1)錐形瓶　集氣瓶
(3)BC　大試管口應塞一團棉花,防止KMnO4的顆粒隨氣流進入導管堵塞導管(凡合理答案均可)(4)b　濃硫酸
測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗
【例1】 暖寶寶貼(主要成分為鐵粉、木炭、食鹽)的熱量來源于鐵粉的氧化。小濤同學設計使用暖寶寶貼來測定空氣中氧氣的含量,實驗開始前的裝置如圖所示,實驗后從量筒中流入玻璃瓶(容積為250 mL)中的水的體積為45 mL(鐵粉生銹消耗的水忽略不計)。下列說法錯誤的是(　　)
A.實驗前必須檢查裝置的氣密性B.通過本次實驗數(shù)據(jù)測得空氣中氧氣的體積分數(shù)為18%C.若實驗測得空氣中氧氣體積分數(shù)偏低,可能是暖寶寶貼的使用量不足D.必須等溫度計的讀數(shù)恢復至實驗前的溫度后才能記錄量筒內剩余水的體積
解析:A.如果裝置漏氣,會使進入的水偏少,測定的結果偏小,實驗前必須檢查裝置的氣密性,故正確;B.鐵生銹消耗氧氣,使裝置內的氣壓減小,進入水的體積就是消耗氧氣的體積,集氣瓶內空氣的體積是(250-20) mL=230 mL,進入水的體積是45 mL,即氧氣的體積是45 mL,因此氧氣的體積分數(shù)= ×100%≈19.6%,故錯誤;C.發(fā)熱劑的量必須足量,因為只有足量的發(fā)熱劑才能把氧氣消耗完,使結果準確,若實驗測得空氣中氧氣體積分數(shù)偏低,可能是暖寶寶貼的使用量不足,故正確;D.必須等溫度計的讀數(shù)恢復至實驗前的溫度后才能記錄量筒內剩余水的體積,使結果準確,故正確。答案:B
【例2】 某市為了治理霧霾天氣,對城區(qū)機動車單雙號限行。(1)霧霾多出現(xiàn)于冬季,可能的原因是? 　(寫一點)。(2)防“霾”專用口罩中使用了活性炭,這是利用了活性炭的　　　　　作用。?(3)除“機動車限行”外,請你再提出一條治理“霧霾”的合理建議:　 (寫一點)。?(4)排放到空氣中的污染物包括有害氣體和煙塵,目前計入空氣質量指數(shù)的有害氣體有　　　　、　　　、NO2、O3(臭氧)。?
解析:(1)冬季取暖消耗更多燃煤,會產生大量煙塵和有害氣體,所以霧霾多出現(xiàn)于冬季;(2)活性炭具有吸附性,能吸附有毒的氣體;(3)減少化石燃料的使用以及使用清潔能源等,都可以減少霧霾產生; (4)目前計入空氣質量指數(shù)的有害氣體有CO、SO2、NO2、O3(臭氧)。答案:(1)冬季取暖消耗更多燃煤(2)吸附(3)使用清潔能源(4)CO　SO2
【例3】 下列說法正確的是(　　)A.木炭燃燒后生成紅色固體B.一氧化碳在空氣中燃燒發(fā)出藍色火焰C.紅磷在空氣中燃燒產生大量白霧D.鐵絲伸入盛有氧氣的集氣瓶中劇烈燃燒解析:木炭燃燒后生成一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體,故A錯誤;一氧化碳在空氣中燃燒發(fā)出藍色火焰,故B正確;紅磷在空氣中燃燒產生大量白煙,不是白霧,故C錯誤;將紅熱的鐵絲伸入盛有氧氣的集氣瓶中才會劇烈燃燒,故D錯誤。答案:B
【例4】 根據(jù)下圖回答問題:(1)實驗儀器a的名稱是　 。?(2)實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　,所選用的發(fā)生裝置是　　　(填字母序號)。?
(3)實驗室用過氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣時,二氧化錳起　　　　　　作用,所選用的收集裝置是　　　或E。?(4)用排空氣法收集一瓶氧氣,驗滿時將帶火星的木條放在瓶口,若觀察到　 ,說明瓶中已充滿氧氣。?
解析:(1)儀器a為長頸漏斗;(2)利用高錳酸鉀分解制氧氣時所選藥品為固體,且反應需加熱,則應選A;(3)在過氧化氫分解制氧氣的過程中,MnO2起催化作用,氧氣的密度比空氣的大且不易溶于水,可選用C或E收集氣體;(4)將帶火星的木條放在集氣瓶口,若木條復燃證明已收集滿。答案:(1)長頸漏斗　(2)2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑　A　(3)催化　C　(4)木條復燃
【例5】 下列物質中,前者屬于純凈物,后者屬于混合物的是(　　)A.凈化后的空氣、氧化鎂B.水和冰相混合、啤酒C.生銹的鐵釘、高錳酸鉀加熱后的混合物D.氯化鉀、液氧
解析:凈化后的空氣中有氧氣和氮氣等多種物質,屬于混合物,氧化鎂是一種物質,屬于純凈物;水和冰相混合只有水一種物質,屬于純凈物,啤酒中有水和酒精等多種物質,屬于混合物;生銹的鐵釘中有鐵和鐵的氧化物,屬于混合物,高錳酸鉀加熱后的混合物中有二氧化錳和錳酸鉀,屬于混合物;氯化鉀是一種物質,屬于純凈物,液氧是一種物質,屬于純凈物。答案:B
化合反應、分解反應、氧化反應的比較
【例6】 氧氣是我們身邊常見的物質,以下有關氧氣的敘述正確的是(　　)A.物質與氧氣發(fā)生的反應都是氧化反應B.用過氧化氫制氧氣的反應不屬于分解反應C.氧氣具有可燃性D.物質在氧氣中燃燒的反應一定是化合反應
解析:物質與氧氣發(fā)生的反應屬于氧化反應,故A正確;過氧化氫制氧氣是由一種物質生成兩種物質的反應,屬于分解反應,故B錯;氧氣能支持燃燒,具有助燃性,但不具有可燃性,故 C錯;物質在氧氣中燃燒的反應不一定是化合反應,如甲烷的燃燒,故D錯。答案:A

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