第2章 空气与水资源【知识清单】-2024-2025学年九年级化学上册单元速记·巧练（沪教版2024）

第2章 空气与水资源 01 思维导图 02 考点速记 第1节 空气的组成 （一）空气的组成 1．实验探究：“捕获”空气实验 实验仪器 实验装置 实验步骤 在装有空气的集气瓶上插上分液漏斗和一个通向另一个集气瓶的导管，另一个集气瓶装满水，倒放在水槽中，向漏斗中不断注入水，这样集气瓶中的水不断增多，压强增大，空气会沿着导气管进入另一个集气瓶中，并将瓶中的水排出，这样空气就从集气瓶中进入另一集气瓶中。 2．方法指引：检查装置气密性的方法 检查装 置气密 性 升温法 把导管放入水中，用手紧握(或用酒精灯微热)容器，若水中导管口有气泡冒出，松开手后(或移开酒精灯)，导管内形成一段水柱，说明装置气密性良好 液面差法 关闭弹簧夹，往长颈漏斗中注入水，使漏斗中液面高于容器中液面，静置一会儿，液面高度不变，即形成稳定的液面差，说明装置气密性良好 3．观察与思考：空气中氧气体积分数的测定 实验装置 实验步骤 ①将集气瓶的容积划分为5等份，并加以标记。 ②将橡胶管上的止水夹夹紧，在燃烧匙内装入足量的红磷，在酒精灯火焰上点燃红磷后，将燃烧匙迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞，观察现象。 ③待火焰熄灭后，观察红磷是否有剩余。待集气瓶冷却到室温后，把导管插入盛水的烧杯中，打开止水夹，观察现象。 实验原理 红磷在密闭空间中燃烧消耗氧气，使得密闭空间中压强减小，打开弹簧夹，大气压将烧杯中的水压入集气瓶中。（压入的水的体积=被消耗的氧气的体积） 实验现象 红磷燃烧，放出热量，产生大量白烟，装置冷却到室温后打开弹簧夹，烧杯内的水倒流入集气瓶，约占集气瓶内气体体积的1/5。（白磷同红磷燃烧的反应原理和现象相同，只是二者能够燃烧的温度不同，白磷40oC，红磷240oC） 实验结论 氧气约占空气总体积的1/5 反应原理 文字表达式：磷 + 氧气五氧化二磷 符号表达式：P + O2P2O5 实验关键 ①所用的红磷必须过量。 [如果红磷过少则氧气没有全部消耗完，测量结果偏小] ②要等集气瓶（装置）冷却到室温后才能打开弹簧夹。 [否则瓶内剩余气体仍然膨胀，剩余气体体积偏大，使得进入集气瓶内的水偏少，测量结果偏小] ③装置的气密性要好。 [漏气会使外面空气漏进来，测量结果偏小] ④要先夹紧橡皮管，然后再点红磷，迅速伸入集气瓶立即塞紧瓶塞。 [红磷伸入过慢，瓶内气体受热膨胀逸出，或未夹紧弹簧夹，导致燃烧时气体受热膨胀逸出，测量结果偏大] 误差分析 误差 原因 测量结果偏低 红磷不足，氧气未耗尽 装置漏气，使装置外的空气进入集气瓶中 未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入集气瓶中的水的体积偏小 测量结果偏高 胶皮管未夹紧，红磷燃烧时集气瓶内气体因受热顺着导管逸出 燃烧匙伸入过慢，使装置内的气体受热逸出，导致进入集气瓶中的水的体积偏大 4．纯净物和混合物 纯净物 混合物 概念 只由一种物质组成 由两种或两种以上物质混合而成 组成 固定，可用专门的化学符号表示 不固定，不能用专门的化学符号表示 性质 有固定的物理性质和化学性质 混合物中各成分保持它们各自的性质 联系 5．拓展视野：空气成分的发现 科学家 贡献 发现空气中存在氧气，并制得氧气 拉瓦锡用金属燃烧实验证明燃烧是金属与空气中的“上等纯空气”作用的结果，并发现了金属燃烧后余下的“空气”不支持燃烧和呼吸，第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的。 空气的成分 （二）氮气和稀有气体 氮气 稀有气体 主要性质 无色、无味气体，难溶于水，在极低温条件下加压才能液化成无色液体，液氮通常储存于黑色钢瓶中。不燃烧也不支持燃烧，不供给呼吸，化学性质不活泼 无色、无味气体，通电时能发出不同颜色的光（物理性质），化学性质很不活泼（不易和别的物质反应）。 用途 ①将氮气充灌在白炽灯泡里，可防止钨丝氧化，延长灯泡的使用寿命。②作保护气（如使粮食休眠和缺氧）。③用于制造低温环境或医疗上冷冻麻醉④博物馆中“真空充氮杀虫灭菌消毒机”来处理和保护文物。⑤制氮肥 ①作保护气（氦气作焊接金属保护气，氩气作电弧焊接保护气）。②作霓虹灯的充填充气。③氦气可填充气球（密度比空气小且化学性质稳定） 第2节 性质活泼的氧气 （一）氧气的性质 1．氧在自然界中的循环 2．氧气的性质 （1）物理性质 色、味、态 通常情况下，是无色无味的气体 密度 标准状况下，密度略大于空气（可用向上排空法收集） 溶解性 氧气不易溶于水（可用排水法收集） 三态变化 降温后，氧气可以变为淡蓝色的液体，甚至淡蓝色雪花状固体。（物理变化） （2）化学性质 实验名称 实验现象 文字表达式和符号表达式 注意事项 木炭在氧气中燃烧 ①发出白光 碳+ 氧气二氧化碳 C + O2 CO2 夹木炭的坩埚钳应由上而下缓慢伸入集满氧气的集气瓶中，防止瓶内氧气受热逸出。 ②放热 ③澄清石灰水变浑浊 铁丝在氧气中燃烧 ①剧烈燃烧火星四射 铁 + 氧气四氧化三铁 Fe + O2 Fe3O4 铁丝末端系一根火材梗的目的：引燃铁丝； 铁丝弯成螺旋状的目的：增大铁丝的受热面积； 木条即将燃尽再伸入集气瓶的原因：防止木条燃烧消耗集气瓶内氧气，而不利于铁丝燃烧； 集气瓶底预先放少量水或细沙：防止生成的高温熔化物溅落，使集气瓶炸裂。 ②放热 ③生成黑色固体 硫在氧气中燃烧 ①产生蓝紫色火焰 硫+ 氧气 二氧化硫 S + O2 SO2 集气瓶底水的作用 ①防止灼热生成物掉落使集气瓶炸裂； ②吸收生成的有害气体，防止其污染空气。 ②放热 ③有刺激性气味的气体产生 蜡烛在氧气中燃烧 ①发出白光 石蜡 + 氧气 水+二氧化碳 蜡烛在空气中燃烧要强调火焰分层 ②放热 ③干冷烧杯内壁有水珠生成 ④澄清石灰水变浑浊 （3）氧化反应 剧烈氧化反应 缓慢氧化反应 概念 物质与氧气发生的剧烈的发热、发光的氧化反应 物质与氧气发生的缓慢的、不易被察觉的氧化反应 举例 燃烧等 铁生锈、呼吸、食物腐烂、醋的酿造、农家肥料的腐熟等 区别 反应条件不同，现象不同，反应的剧烈程度不同 联系 都属于氧化反应，都放出热量 （4）化合反应（基本反应类型） 化合反应 由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应。（“多变一”） 分解反应 由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。（“一变多”） （二）氧气的用途 性质 用途 助燃剂 氧气有助燃性 供给呼吸 氧气能与体内物质发生反应，生成新的物质，并放出热量，提供生物体必需的养分和能量以保证生命活动的需要。 第3节 氧气的制备 （一）从空气中分离出氧气 分离液态空气法 原理：利用液态氧气和液态氮气的沸点不同。该方法是物理变化。 具体过程:首先将空气净化除去杂质等，然后在高压低温的条件下，使空气液化，控制温度蒸发液态氮气，沸点较低的氮气先蒸发出来，余下的便是沸点较高的淡蓝色液态氧气，将其加压贮存在钢瓶中备用即可 膜分离制氧（物理变化） 指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过特定薄膜时，实现选择性分离的技术。 分子筛制氧（物理变化） 分子筛是一种具有均匀微孔结构的材料，有很强的吸附能力，能把不同的分子分离开，起到“筛分"分子的作用，故称为分子筛。分子筛制氧机是利用分子筛特殊的吸附能力和解吸技术，加压时吸附空气中的氮气、二氧化碳气体，将未被吸收的氧气收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。 （二）利用化学反应制备氧气 观察思考：过氧化氢分解制备氧气 基础实验：加热高锰酸钾制氧气 学以致用：加热氯酸钾和二氧化锰的固体制氧气 实验药品 过氧化氢溶液（主要成分H2O2）和二氧化锰（黑色粉末 MnO2） 高锰酸钾（暗紫色固体） 氯酸钾（白色固体）与二氧化锰（黑色粉末） 实验原理 文字表达式为过氧化氢水+氧气 ，符号表达式为H2O2 2H2O+O2 文字表达式为高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气 ,符号表达式为KMnO4 K2MnO4+MnO2 + O2 文字表达式：氯酸钾氯化钾+氧气；符号表达式：KClO3 KCl + O2 实验装置 实验步骤 ①检查装置的气密性：连接装置后，塞紧橡皮塞。先关闭分液漏斗活塞，再将导管的末端放入水中，双手紧握锥形瓶，若导管口有气泡冒出，松开手后导管中形成一段水柱，说明装置气密性良好。 ②装药品：利用图示的实验装置，将少量的二氧化锰加入锥形瓶中，再将适量的双氧水（ 约 5% 的过氧化氢溶液 ）装入分液漏斗，将双氧水滴入锥形瓶中，观察实验现象。 ③收集气体：收集一瓶气体，将带火星的木条伸入集气瓶中，观察实验现象；待气体不再产生时，再滴加适量的双氧水至锥形瓶中，观察实验现象。 步骤：查、装、定、点、收、离、熄 ① 连接仪器并检查装置气密性：先将导管一端放入水中，后用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，说明气密性良好。 ② 装入药品：药品要平铺，增大受热面积。同时试管口放置一小团棉花，目的是防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞或污染水槽。 ③ 固定装置：自下而上，从左到右的顺序。导气管只要稍露出橡皮塞的目的是便于气体的导出。试管口略向下倾斜的目的是防止冷凝水倒流，使试管破裂。 ④ 点燃酒精灯加热：先预热，再用外焰对准药品所在部位集中加热目的是防止受热不均匀使试管破裂。 ⑤ 收集气体 导管口气泡连续均匀冒出时开始收集，集气瓶口有较大气泡冒出时，说明已经收集满，在水下盖好玻璃片取出正放 ⑥将导管撤离出水槽 ⑦ 熄灭酒精灯 收集方法 排水法：氧气不易溶于水。 若用排水法收集气体，当气泡连续均匀冒出时开始收集（原因是开始排出的气体是空气，会使得收集的氧气不纯）；当集气瓶口有大量气泡往外冒时，表明氧气已集满，在水下用玻璃片磨砂面盖住瓶口，移出水槽，将集气瓶正放在桌面上。 向上排空法：氧气密度比空气大。 向上排空气法：若用向上排空气法收集气体，收集时导管应伸入集气瓶底部（目的是为了排尽瓶内空气），验满时，将带火星的木条放在集气瓶口，若复燃，则氧气已集满。 检验和验满 检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，说明是氧气。 验满： a. 排水法：当集气瓶口有大气泡冒出时，证明已满。 b. 向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。 （三）催化剂和催化作用 1．催化剂概念 在化学反应中,能改变其他物质的化学反应的速率，而本身的质量和化学性质, 在反应前后都没有变化的物质叫催化剂（又叫触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用 2．催化剂特点 （1）“一变，两不变”，即能改变化学反应的速率（加快或减慢），本身的质量和化学性质不变。 （2）“针对性”，即催化剂针对某个化学反应来说，才有意义。例如，不能笼统地说：二氧化锰是催化剂，或者催化剂是二氧化锰等；而应该表达为：二氧化锰是过氧化氢（或氯酸钾）分解的催化剂。 （3）“多样性”，即某个化学反应的催化剂可能有多种。例如，在过氧化氢分解的反应中，二氧化锰、红砖粉末、土豆片、沸石、硫酸铜溶液等都可作催化剂。 而催化作用是指催化剂在化学反应中所起作用（即能改变化学反应的速率）。它包括加快和减慢化学反应的速率两种情况。 3．对催化剂的理解 （1）催化剂不能改变生成物的质量 （2）催化剂不是反应物也不是生成物（写在反应条件上） （3）一种催化剂只针对某一反应，不同的反应，催化剂可能相同，某一反应的催化剂可能不只一种 4．证明某物质是催化剂（同时满足即为催化剂）： （1）证明是否改变反应速率：相同条件下，加或者不加药品对比实验； （2）证明质量是否改变：实验前称量一次，实验后分离出来再称量一次； （3）证明化学性质是否改变：将分离出来的物质再进行（1）中的操作，观察是否还能改变反应速率。 5．影响某反应的反应速率的因素 反应物浓度、反应温度、反应物接触面积、是否有催化剂、催化剂种类、催化剂质量等。 【易错提醒】①催化剂不能改变生成物的质量；②催化剂不是反应物也不是生成物（写在反应条件上）；③一种催化剂只针对某一反应，不同的反应，催化剂可能相同，某一反应的催化剂可能不只一种。 第3节 水的组成和净化 （一）探究水的组成 1．水的物理性质 101kpa条件下，水的凝固点是0℃，沸点是100℃，4℃时密度最大1g/cm3，固态水（冰）的密度比液态水的密度不上，可以浮在水面上；气态水无色无味。不同状态的水在一定条件下可以互相转化。 2．基础实验【实验1】水的电解实验 实验装置 实验现象 （1）电极上均有气泡产生；(2) a、b两试管中气体体积比约为2:1。 气体验证 （1）a中气体点燃火焰呈蓝色（若气体量少，可能有爆鸣声），证明是氢气； （2）b中气体能使带火星的木条复燃，证明是氧气。 水在直流电的作用下，发生了分解反应，生成了氢气和氧气。 反应文字表达式： 符号表达式为 实验结论 从上面的实验和发生的化学反应可以说明，水是由氢元素和氧元素组成的。 误差分析 实验中氢气与氧气的体积比往往大于2∶1。 主要原因：①氧气的溶解性大于氢气；②氧气与电极反应而消耗。 易错提示 ①做水的电解实验时，要在水中加入少量H2SO4或NaOH溶液，其目的是增强水的导电性，提高化学反应速率。 ②所用电源为直流电源，若用交流电会有爆炸危险。电解过程中，电能转化为化学能。 3．基础实验【实验2】氢气燃烧 物理性质 氢气是无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气的小。（排水法、向下排空气法收集） （证明氢气密度比空气小的方法：用氢气吹肥皂泡，若肥皂泡上升，则密度比空气小） 化学性质 可燃性 实验操作 实验现象 安静的燃烧，产生淡蓝色火焰。烧杯内壁出现小液滴，触摸烧杯外壁感觉烫。 实验分析 氢气具有可燃性，燃烧放热，生成水 反应表达式 文字表达式为：氢气+氧气 水 符号表达式为： H2　+　O2　 H2O 实验结论 水中含有氢元素和氧元素 注意事项 不纯的氢气(混有一定量空气或氧气)遇明火可能会爆炸，氢气的爆炸极限的体积分数为4%～74.2%。 因此点燃前必须验纯（如图所示操作）。若发出尖锐的爆鸣声表明氢气不纯（此时点燃较危险）；声音很小则表明氢气较纯。 （二）水的净化 1．水净化常用方法 （1）沉淀 明矾常用作絮凝剂。它能在水中生成凝胶状的物质，该物质具有很强的吸附能力，能使悬浮在水中的微小颗粒状杂质被吸附凝聚，然后在沉淀池中沉降分离。 （2）过滤 ①定义：把不溶性的固体与液体分开的一种方法叫过滤。 ②过滤器的准备（如图）：用少量水润湿滤纸使滤纸和漏斗壁之间不要留有气泡。 ③操作 （3）吸附：常用的吸附剂活性炭（有疏松多孔的结构，具有吸附性，物理性质）； 除去水中的难溶性杂质、吸附色素和异味等可溶性杂质。 （市场上出售的净水器，有些就是利用活性炭来吸附、过滤水中的杂质的） （4）蒸馏：利用液体沸点不同将液体分离的方法；可以除去水中所有杂质。得到的水是纯净物。 沸石（碎瓷片）的作用：防止液体暴沸；冷凝管中水下进上出：充分冷凝水蒸气；弃去最先得到的蒸馏水： 可能混有装置仪器中的杂质和低沸点的杂质。 （5）用离子交换树脂净水 离子交换树脂是一种人工合成的多孔性新型高分子材料，能够与水中的阴阳离子交换，起到净化水的作用。利用离子交换树脂还可以获得去离子水。离子交换法常用于处理硬水和海水。 2．硬水与软水 （1）硬水定义：硬水是含有较多可溶性钙、镁化合物的水；软水是不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。 （2）鉴别方法：加入等量的肥皂水，浮渣较多、泡沫较少的是硬水，泡沫较多、浮渣较少的是软水。 （3）硬水软化的方法：实验室——蒸馏；生活中——煮沸；离子交换膜法，。 （4）长期使用硬水的坏处：影响洗涤剂的使用效率；长期饮用硬水对身体健康不利；一些工业生产也不能使用硬水，如锅炉容易结成水垢，浪费燃料，还易使管道变形甚至引起锅炉爆炸。 3．【实验探究】区别蒸馏水和氯化钠溶液 实验操作：从瓶中各取少许液体，用玻璃棒分别蘸取后在酒精灯火焰上灼烧，直至水被蒸干，观察现象。 实现结论：有白色固体析出的是氯化钠溶液，没有的为蒸馏水。 实验拓展：外观上看起来清澈的水，也可能含有某些可溶性物质。如果某个水样加热蒸干后有固体物质析出，则其一定含有可溶性物质。 4．自来水厂净水过程： （三）水资源的综合利用 1．水资源状况 （1）我国不同时期的年用水总量呈现较明显的增加趋势，对于水资源总的需求量越来越大。农业用水比例有明显下降，进入21世纪后基本稳定；工业用水比例则不断增加，近些年保持稳定且有下降趋势，反映了工业结构调整和用水效率的提高；生活用水比例持续增加反映了人民生活水平的日益提高。 （2）相对于丰富的海水资源，世界上的淡水资源一直处于紧缺状态，淡水仅占地球水量的约2.5%。我国水资源的状况分布不均，人均量少，人均水资源占有量仅为世界人均水平的四分之一；有超过一半的地区处于严重缺水状态。 2.保护水资源 运用化学方法，不仅可以提高水资源综合利用价值，还能够检测水资源受污染的程度并将其加以净化，实现水资源的重新利用。每个公民都应该树立保护水资源的意识，养成节约用水、合理用水、防止水污染的良好习惯。 03 素养提升 易错点辨析 (一)误认为冰水混合物为混合物。 纯净物与混合物的区别在于“这种物质由几种物质组成”。注意判断物质种类时不能被物质的字面描述误导，“新鲜”“洁净”“清洁”“混合”不是判断物质种类的依据，如洁净的空气属于混合物，冰水混合物属于纯净物。 (二)误认为可以用木炭、蜡烛或硫代替红磷燃烧测空气中氧气含量。 不能用木炭、蜡烛或硫代替红磷燃烧测空气中氧气含量，因为木炭、蜡烛或硫燃烧会产生气体，造成瓶内气体体积变化偏小。 (三)误认为空气中各成分的含量为质量分数。 教材中空气中各成分的含量是指体积分数，如氧气约占21%，是指100体积的空气中氧气约占21体积，而不是100 g空气中含有21 g的氧气。体积分数和质量分数的含义是不同的。 (四)误认为氧化反应一定是化合反应。 氧化反应不一定属于化合反应（如石蜡的燃烧生成了水和二氧化碳两种物质），化合反应不一定属于氧化反应。 方法提炼 （一）常见的沉淀方法： 1.静置沉淀：让较大的颗粒自然沉降。 2.吸附沉淀：加絮凝剂明矾，利用其溶于水后生成的胶状物(此过程为化学变化)对杂质的吸附作用使杂质沉降(此过程为物理变化)。  （二）硬水的软化方法 生活中通过煮沸可以降低水的硬度；实验室中可以用蒸馏的方法使硬水变为蒸馏水。  (三) 各种净化方法除去的杂质的种类 难溶性杂质 可溶性杂质 降低水的硬度 沉淀 √ 过滤 √ 吸附 √ √ 蒸馏 √ √ √ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！9 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$