第2章 空气与水资源（知识清单）化学沪教版2024九年级上册

第2章 空气与水资源 第1节 空气的组成 （一）空气的组成 1．证明空气的存在——“捕获”空气实验探究 （1）实脸仪器及实验装置 （2） 实验现象：盛满水的集气瓶内有气泡冒出，集气瓶内水面下降，水槽内水面上升。 （3） 实验结论：左边集气瓶内部分空气进入右边集气瓶内。 2．空气中氧气体积分数的测定 （1）实验装置图 （2）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，打开止水夹，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） （3）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止水夹，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） 【补充】烟：固体的小颗粒；雾：小液滴 （4）实验结论：氧气约占空气总体积的1/5。 （5）反应原理：文字表达式：磷 + 氧气五氧化二磷 ；符号表达式：P + O2 P2O5 （6）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 3．空气的成分 空气的组成 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳、其他气体和杂质 体积分数 78% 21% 0.94% 0.06% 特点 相对固定 可变 （1） 空气的主要成分是氮气和氧气。 （2） 各成分的含量是体积分数而不是质量分数。 （3） 通常情况下，空气中各成分的含量保持相对稳定，但不是一成不变的。在不同地区或同一地区的不同时间，空气中各成分的含量也可能略有不同。 4．物质的分类——混合物、纯净物 混合物 纯净物 组成 由两种或两种以上的物质混合而成，组成不固定 由一种物质组成，组成固定 表示方法 无固定符号 用专门的符号表示 性质 无固定的物理性质，混合物中各成分保持原有的化学性质 有固定的物理性质和化学性质 举例 空气、海水、合金等 氧气（O2）、水（H2O）等 联系 分离、提纯 混合物 纯净物 两种或两种以上物质混合 （二）氮气和稀有气体 1．氮气的性质和用途 物理性质 ①氮气是一种无色、无气味的气体 ②难溶于水，常温、常压下1体积水中约能溶解0.02体积的氮气 ③在极低温条件下加压能液化成无色液体，液氮通常储存于黑色钢瓶中 化学性质 稳定，一般不燃烧也不支持燃烧 用途 ①化工行业，氮气是生产氮肥的重要原料 ②用作保护气，如焊接金属时作保护气，用作粮食的保护气等 ③用作灯泡填充气，防止钨丝氧化，延长灯泡的使用寿命 ④医疗上液氮用于医疗手术 2．稀有气体 定义 稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡气体的总称（属于混合物） 性质 物理性质：没有颜色，没有气味，在通电时能发出不同颜色的光 化学性质：很不活泼 用途 氦气可用来填充电子管、气球、气体温度计和潜水服，也可用作焊接金属的保护气； 氖气常被用作霓虹灯的填充气，放电时能发出橘红色的光； 氩气可用作电弧焊接的保护气等 第2节 性质活泼的氧气 （一）氧气在自然界中的循环 1．氧气的产生途径 主要是绿色植物的光合作用（吸收二氧化碳，释放氧气）。 2．氧气的消耗途径 主要有动植物的呼吸作用、燃料的燃烧、金属的锈蚀等。 （二）氧气的性质 1．氧气的物理性质 （1）色、态、味：在通常状况下，氧气是一种无色、无气味的气体。 （2）密度：密度比空气略大。 （3）溶解性：不易溶于水，常温、常压下1体积水中约能溶解0.03体积氧气。 （4）三态变化：在压强为101kPa时，氧气在-183℃时变为淡蓝色液体，在-219℃时变成淡蓝色的固体。 2．氧气的化学性质 【实验探究】探究木炭、蜡烛、铁丝在氧气中的燃烧 ①实验现象及注意事项 实验内容 实验现象 注意事项 木炭 在空气中 发出红光 放热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 木炭缓慢伸入的目的：避免大部分氧气从瓶口逸出，确保木炭和氧气充分接触，使现象明显 在氧气中 发出白光 蜡烛 在空气中 产生黄白色火焰，产生少量黑烟，放热 实验时集气瓶要干燥，氧气应用向上排空气法收集，通过观察到集气瓶内壁上出现水雾证明有水生成 在氧气中 发出白光，放热，集气瓶内壁上有水雾出现，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 铁丝 在空气中 红热，不燃烧 ①铁丝使用前打磨目的：除锈。 ②火柴梗的作用：引燃铁丝。 ③铁丝绕成螺旋状的目的：增大受热面积。 ④火柴快燃尽才伸入瓶内的目的：防止火柴燃烧消耗过多氧气而使铁丝不能顺利燃烧。 ⑤集气瓶底放一些水或沙子的目的：防止反应产生的高温固体溅落瓶底，避免集气瓶炸裂。 在氧气中 剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体 ②反应的表达式 反应 文字表达式 符号表达式 木炭在氧气中燃烧 碳 + 氧气 二氧化碳 C + O2 CO2 蜡烛在氧气中燃烧 石蜡 + 氧气 水 + 二氧化碳 石蜡 + O2 H2O + CO2 铁丝在氧气中燃烧 铁 + 氧气 四氧化三铁 Fe + O2 Fe3O4 （三）化合反应和氧化反应 1．化合反应 （1）定义：由两种或两种以上物质生成一种新物质的化学反应称为化合反应。化合反应属于基本反应类型。 （2）特点：多变一。 （3）表达式：A+B+……→C。 2．氧化反应 （1）定义：物质与氧气的反应属于氧化反应。氧化反应不属于基本反应类型。 （2）特点：有氧气参加，氧气体现氧化性。 3．化合反应与氧化反应的关系 化合反应不一定是氧化反应，氧化反应不一定是化合反应。二者的关系是交叉关系。 4．剧烈氧化与缓慢氧化的比较 剧烈氧化 缓慢氧化 相同点 均与氧气反应；反应过程均有热量放出 不同点 反应进行得快，现象明显，有发光现象 反应进行得很慢，不易被察觉，无发光现象 举例 木炭、蜡烛等燃烧 动植物的呼吸作用、食物的腐烂 （四）氧气的用途 1．助燃剂 （1）支持煤、木柴、液化气和天然气等燃料燃烧， 以获取燃烧放出的热量，如用于烹饪食物。 （2）工业生产和科学研究中，用纯氧代替空气，可以获得更高的温度。如运载火箭采用液氧和煤油做火箭的推进剂；乙炔气体在纯氧中燃烧产生的火焰（氧炔焰）温度可高达3000℃以上，可用于焊接和切割金属。 2．供给呼吸 如医疗急救、潜水、航空等。 第3节 氧气的制备 （一）从空气中分离出氧气 1．分离液态空气制氧气 （1）原理：利用液态空气中液氮和液氧的沸点不同，采用蒸发的方法，将氮气与氧气分离。属于物理变化。 （2）过程： 2．工业制氧气的新方法 例如，在一定压力下，让空气通过特殊薄膜或多孔性材料（如分子筛），将氧气和氮气分离，可以得到高纯度的氧气。 （二）利用化学反应制备氧气 1．分解过氧化氢溶液制取氧气 试剂 过氧化氢溶液（无色液体）、二氧化锰（黑色粉末） 反应原理 过氧化氢 水 + 氧气二氧化锰 H2O2 H2O O2 发生装置 收集装置 排水集气法 该方法收集的气体比较纯净 向上排空气法 该方法收集去气体比较干燥 检验方法 将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明是氧气 验满方法 排水法：当集气瓶口有较大气泡冒出时，证明已集满 向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已集满 存放方法 由于氧气的密度比空气大，所以盖上玻璃片后，瓶口应向上正放在桌面上 2．催化剂和催化作用 （1） 概念： ①催化剂：在化学反应中能增大化学反应速率，但本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。 ②催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。 （2）特点：“一增两不变” ①一增：增大其他物质的化学反应速率。 ②两不变：催化剂的质量和化学性质在化学反应前后没有改变。 3．加热高锰酸钾（ 暗紫色固体）制取氧气 （1）反应原理：高锰酸钾锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气加热 KMnO4 K2MnO4 MnO2 O2 （2）实验装置图 发生装置 收集装置 固体加热型（反应物是固体，反应条件需要加热） 排水法收集（氧气不易溶于水） （3）实验步骤和注意事项 实验步骤 注意事项 查 连接装置并检查装置的气密性 ①导管只需刚刚露出橡胶塞，便于氧气排出； ②试管口应放一团棉花，防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞或污染水槽； ③试管口应略向下倾斜，防止冷凝水回流到试管底部，使试管炸裂； ④加热时，现将酒精灯在试管下来回移动，使试管均匀受热，再集中对药品部位加热； ⑤要等到气泡连续均匀冒出时，再进行收集。因为开始加热时导管口冒出的气泡主要是装置内的空气，此时收集，会导致收集的氧气不纯； ⑥实验结束时，应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，以免因试管内压强减小而产生倒吸现象。 装 用药匙将药品装入试管 定 将试管固定在铁架台上 点 点燃酒精灯加热 收 收集气体 离 从水槽中撤离导管 熄 熄灭酒精灯 谐音记忆“茶庄定点收利息” 4．加热氯酸钾和二氧化锰制取氧气 （1）反应原理： （2）实验装置及操作方法与加热高锰酸钾制取氧气相似，但不用在试管口放一小团棉花。 5．分解反应 （1）概念：由一种物质生成两种或两种以上新物质的反应。 （2）特点：一变多。 （3）表达式：A→B+C+……。 第4节 水的组成和净化 （一）探究水的组成 1．水的组成 （1）实验1：水的电解实验 实验装置 为增强溶液的导电性，可向水中加入少量氢氧化钠 实验现象 ①通电时，两个电极上都有气泡产生，负极产生气泡的速率比正极快 ②一段时间后，正负两极的玻璃管内收集的气体体积比约为1:2 气体检验 ①用带火星的木条检验正极得到的气体，木条复燃，证明气体是氧气 ②负极得到的气体能燃烧，火焰呈淡蓝色 表达式 水氢气 + 氧气 H2O H2 O2 实验结论 ①水在通电后，发生了分解反应，生成了氢气和氧气 ②水是由氢元素和氧元素组成的 （2）实验2：氢气的燃烧实验 实验步骤 在空气中点燃纯净的氢气，并在火焰上方罩一个干燥的烧杯，观察现象 实验现象 纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰，放出大量的热，烧杯内壁凝结有水雾 表达式 氢气 + 氧气 水 H2 O2 H2O 实验结论 ①氢气与空气中的氧气发生化合反应生成了水 ②水是由氢元素和氧元素组成的 （2） 水的净化 1．净水方法 方法 目的 沉降 使固体颗粒与液体分离 过滤 除去液体中混有的固体 吸附 明矾（或三氯化铁）吸附悬浮的固体颗粒使其沉降，活性炭吸附水中的色素和异味 煮沸 除去水中的钙、镁离子，降低水的硬度，同时杀死水中的细菌 消毒 在常温下杀死水中的细菌和微生物 蒸馏 得到纯水 2．过滤操作 （1）适用范围：难溶性固体与液体的分离。 （2）实验仪器：铁架台（带铁圈）、烧杯、漏斗、玻璃棒；实验用品：滤纸。 （3）操作要点： ①一贴：滤纸紧贴漏斗内壁。如果滤纸未贴紧(留有气泡)，会造成过滤速度慢） ②二低：滤纸边缘低于漏斗口；（如果滤纸边缘高于漏斗口，液体可能会从漏斗外流出） 漏斗内液面低于滤纸边缘。（如果液面高于滤纸边缘，液体会不经滤纸过滤而流下） ③三靠：倾倒液体的烧杯尖嘴紧靠玻璃棒；（如果没有经玻璃棒引流，可能造成液体流到漏斗外） 玻璃棒末端轻靠在三层滤纸的一边；（如果玻璃棒靠在一层滤纸这边，可能造成滤纸破损） 漏斗下端管口紧靠烧杯内壁。（如果没有紧靠，过滤速度变慢，同时可能造成液滴飞溅） 3．自来水的生产过程 （1）进：水从水源进入自来水生产系统 （2）加：加絮凝剂（主要是明矾、三氯化铁），使悬浮的小颗粒杂质被吸附沉降 （3）沉：在沉降池中沉降分离 （4）滤：除去不溶性杂质 （5）加：加消毒剂（如氯气），除去细菌 （6）储：水进入储水池储存 （7）供：通过配水泵供给用户 （三）硬水和软水 1．概念：溶有较多含钙、镁离子的可溶性物质，通常称为硬水；不含或仅溶有少量含钙、镁离子的可溶性物质，通常称为软水。 2．硬水的危害 （1）用硬水洗涤衣物时，加入肥皂水产生的泡沫很少，甚至会形成白垢，严重影响洗涤剂的使用效果。 （2）锅炉用硬水，会在锅炉内结成水垢，浪费燃料，且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏，严重时还可能引起爆炸。 3．硬水软化方法 生活中通过煮沸可以降低水的硬度，实验室常用蒸馏的方法得到净化程度最高的蒸馏水。 （四）水资源的综合利用 1. 人类对水的需求情况 总体来看，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。分析各类用水所占比例可以发现：农业用水比例有明显下降，进入21世纪后基本稳定；工业用水比例不断增加，这正是我国改革开放后工业快速发展的证明，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。特别值得指出的是，水资源节约意识增强，人工生态环境补水量的比例逐渐升高，这说明我国对生态环境保护的力度逐渐加大，更重视生态环境的可持续发展。 2. 水资源概况 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%。我国的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。 3. 海水资源的综合利用 充分利用丰富的海水资源，有望成为解决人类水危机的重要途径。科学家正在探寻新方法和新技术，从海水中提取多种物质，对海水进行淡化处理，以提高海水资源综合利用的价值。 易错点01：误以为空气中的各成分含量是质量分数。 空气中各成分的含量是指体积分数，如氧气约占空气的21%，是指100体积空气中氧气约占21体积，而不能理解为100份质量的空气中氧气占21份质量。 易错点02：描述物质燃烧现象时混淆“烟”“雾”“气”及“光”“火焰”的区别。 “烟”是固体小颗粒在空气中扩散产生的现象，如红磷燃烧产生白烟。“雾”是液体小液滴在空气中扩散产生的现象，“气”是物质在通常状况下以气体状态存在，一般在描述时有颜色、气味。“光”一般指沸点高的固体燃烧产生的现象，如铁丝燃烧、木炭燃烧等只产生光而不产生火焰。“火焰”是气体燃烧或沸点低的固体或液体的蒸气燃烧产生的现象，如硫、酒精、气体燃烧等产生的火焰。 易错点03：混淆反应条件加热、高温、点燃与燃烧的区别。 加热、高温、点燃是反应条件。一般认为加热不超过500 ℃，通常用酒精灯作热源。温度需要在700 ℃以上的实验，实验室通常用酒精喷灯作热源。点燃的目的是使可燃物达到着火点。燃烧是发热、发光的剧烈反应的现象，不是条件。 易错点04：误认为电解水产生氢气与氧气的质量比是2:1。 电解水的现象是负氢正氧二比一，负极产生氢气与正极氧气的体积比是2:1，不是质量比（质量比是1:8）。 易错点05：误认为水通电生成氢气和氧气，水是由氢气和氧气组成的。 水是纯净物，由一种物质组成，氢气和氧气混合只能组成混合物。应该说水是由氢元素和氧元素组成的。 易错点06：误认为澄清透明的水可以直接作为饮用水。 我国规定水质必须在感官性指标、化学指标、病理学指标等方面均达标后才成为生活饮用水；澄清透明的水只是感官性指标已达标，而其中所含的化学物质及水中所含细菌的量无法判断，都符合要求才能作为生活饮用水。 方法01 物质鉴别思路 【解题通法】解答这类问题时要抓住利用物质性质的差异，逻辑顺序是：实验操作→观察现象→得到结论，现象与结论一一对应。 【典型例题】有三瓶无色、无味的气体，它们分别是二氧化碳、氧气和氮气。用最简单的方法加以鉴别，写出操作步骤、现象、结论。 【答案】将带火星木条伸入集气瓶中，能使木条复燃的是氧气，向另外集气瓶中加入澄清石灰水，石灰水变浑浊的为二氧化碳，剩余气体为氮气。 【解析】氧气具有助燃性可以使带火星木条复燃，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，氮气化学性质稳定不容易参加化学反应；将带火星木条伸入集气瓶中，能使木条复燃的是氧气，向另外集气瓶中加入澄清石灰水，石灰水变浑浊的为二氧化碳，剩余气体为氮气。 方法02 判断某物质是否为某反应的催化剂实验的设计思路 【解题通法】解答这类问题时，重点抓住催化剂的特点：①改变反应速率：设计对比实验，观察加入该物质前后化学反应速率是否改变。②反应前后质量不变：称量该物质在反应前后的质量是否发生变化。③化学性质不变：一般进行重复实验，观察重新加入反应物的现象和原来的现象是否相同。 【典型例题】某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究。 【提出问题】①氧化铜是否也能做氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果好？ 【查阅资料】(1)氯化钾可溶于水；(2)研究表明，许多金属氧化物对氯酸钾的分解有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示： 反应程度、温度种类 氧化铁 氧化铝 氧化铜 氧化镁 开始反应温度(℃) 420 515 305 490 剧烈反应温度(℃) 490 540 350 545 实验室用氯酸钾制取氧气，如果不用二氧化锰作催化剂，最好选用的金属氧化物是 。 【设计并完成实验】 Ⅰ.将3.0g氯酸钾放在试管中加热 Ⅱ.将3.0g氯酸钾与1.0g二氧化锰均匀混合加热 Ⅲ.将3.0g氯酸钾与Xg氧化铜均匀混合加热 【实验现象分析】 Ⅲ中X的值应为 g，实验Ⅰ和Ⅲ对比的目的是 。实验Ⅱ和Ⅲ对比的目的是 。将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、 、洗涤、干燥，然后进行称量，目的是 ，最后还要再将黑色粉末和 混合加热，发现实验现象依然与之前现象相同。 【结论】氧化铜也能作氯酸钾分解的催化剂。 【答案】氧化铜 1.0 探究氧化铜是否能加快氯酸钾分解 探究二氧化锰和氧化铜哪个对氯酸钾催化效果更好 过滤 探究氧化铜在反应后的质量是否不变 氯酸钾 【解析】【查阅资料】由表中的数据可知，氧化铜作催化剂时，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时是四种物质中最低的，是条件最容易达到的,因此不用二氧化锰作催化剂，最好选用的金属氧化物是氧化铜； 【实验现象分析】 (1)控制氯酸钾的质量、二氧化锰和氧化铜的质量，才能比较出二氧化锰和氧化铜的催化效果，Ⅲ中X的值应为1g；实验Ⅰ和Ⅲ对比的目的是探究氧化铜是否能加快氯酸钾分解；实验Ⅱ和Ⅲ对比的目的是探究二氧化锰和氧化铜哪个对氯酸钾催化效果更好；催化剂在化学反应前后质量和化学性质不变，将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，然后进行称量，目的是探究氧化铜在反应后的质量是否不变；最后还要再将黑色粉末和氯酸钾混合加热，发现实验现象依然与之前现象相同。 【结论】氯酸钾在二氧化锰做催化剂的条件下分解成氯化钾和氧气。 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$