第二单元空气和氧气复习---2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

空气和氧气 1 目录 01 我们周围的空气 02 氧气 03 制取氧气 2 我们生活的地球表面有一层厚厚的空气，你可能已经知道它的成分，但你知道各成分的含量 是多少吗？各种成分又有哪些用途呢？ 我们可以通过化学实验认识空气的成分，以及空气中的重要气体——氧气的性质，初步了解化 学研究的方法，养成注重实证的科学态度。 课题1我们周围的空气 PART ONE 一、空气的组成 我们知道空气是无色无臭的，虽然看不见，但可以通过呼吸体会它的存在。那么，如何通过实验 来测定空气的组成呢？ 二百多年前，法国化学家拉瓦锡（如图2-1）研究了空气的成分（如图2-2）。他把少量汞放在 密闭的容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积 减小了。他研究了容器里的剩余气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧。他认为 这些气体全部是氮气（拉丁文原意是“不能维持生命”，氮气的化学符号是N2）。 拉瓦锡又把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞（化 学符号Hg）和氧气（化学符号O2），而且氧气的体积恰好等于密闭 容器里所减小的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的气 体中，结果所得气体的性质与空气的完全一样。通过实验和分析， 拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成的结论。 测定的原理: 汞槽中汞的作用是:作反应物，起液封作用 在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来人们又发现了氦、氖、氩、氪、氙、氡等稀有气体，才认识到空气中除了氧气和氮气，还有其他成分。目前，人们已能用实验方法精确地测定空气的成分。 通过实验测定，空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体0.03%（如图2-3）。 思考与讨论： 仿照拉瓦锡实验的原理，我们可以探究空气中氧气的含量。例如，红磷 （化学符号P）与空气中的氧气反应，生成一种叫作五氧化二磷（化学符号 P2O5）的新物质，这一反应可以用文字表示如下： 红磷+氧气 点燃 五氧化二磷 按图2-4所示的实验装置进行实验。在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份，并做 好标记。用弹簧夹夹紧乳胶管。在燃烧匙内放入足量的红磷，用酒精灯加热，点燃红磷后立即伸入瓶中，并塞紧橡胶塞。待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，可以观察到烧杯中的水被吸入集气瓶，瓶内液面上升。请讨论并解释这个实验的原理。 1.实验的原理 利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。反应的化学方程式: 2．实验装置 （1）仪器：集气瓶、燃烧匙、导管、烧杯、橡胶管、弹簧夹。 （2）药品：红磷、水。 3．实验步骤 （1）先在集气瓶内加入少量水，并做上记号。 （2）连接装置。 （3）检查装置的气密性。 （4）用弹簧夹夹紧橡胶管。 （5）点燃红磷，迅速伸入集气瓶内。 （6）燃烧结束冷却至室温后，打开弹簧夹。 4．实验现象 ① 红磷燃烧，产生大量白烟(五氧化二磷小颗粒)； ② 放热； ③ 冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶空气总体积的1/5。 5．实验成功的关键 （1）红磷要过量。 （2）装置必须密封。 （3）导管内先注满水。 （4）冷却到室温后，打开弹簧夹。 6．实验分析与结论 红磷燃烧生成五氧化二磷固体，五氧化二磷极易溶于水，不占有体积。红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，冷却后，大气压把烧杯内的水压进集气瓶，压进的水的体积约是集气瓶内消耗的氧气的体积，由此证明空气中氧气约占空气总体积的 1/5。 注意：通过此实验也能得出氮气不燃烧、不支持燃烧及不易溶于水的性质。 7．实验注意事项 (1)红磷必须过量。如果红磷的量不足，集气瓶内的氧气没有被完全消耗，测量结果会偏小。 (2)装置气密性要好。如果装置的气密性不好，集气瓶外的空气进入集气瓶，测量结果会偏小。 (3)导管中要注满水。否则当红磷燃烧并冷却后，进入的水会有一部分残留在试管中，导致测量结果偏小。 (4)冷却后再打开弹簧夹，否则测量结果偏小。 (5)如果弹簧夹未夹紧，或者塞塞子的动作太慢，测量结果会偏大。 (6)在集气瓶底加水的目的：吸收有毒的五氧化二磷。 (7)不要用木炭或硫代替红磷！原因：木炭和硫燃烧尽管消耗气体，但是产生了新的气体，气体体积不变，容器内压强几乎不变，水面不会有变化。而细铁丝在空气中难以燃烧，氧气的体积几乎不会变化，因此密闭容器内水面不上升。 (8)如果预先在集气瓶内放入氢氧化钠溶液，就可以用木炭或硫代替红磷进行实验。 (9)不要用镁代替红磷！原因：镁在空气中燃烧时能与氮气和二氧化碳发生反应，这样不仅消耗氧气，还消耗了氮气和二氧化碳，使测量结果偏大。 像空气这样，由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫作混合物，组成混合物的各种成分保持 着它们各自的性质。氮气、氧气、二氧化碳等分别只由一种物质组成，它们都是纯净物。纯净物可 以用化学符号来表示，如氮气可表示为N2，氧气、二氧化碳可分别表示为O2、CO2。上面实验中使用 的红磷（P）和生成的五氧化二磷（P2O5）也都是纯净物。 二、空气是一种宝贵的资源 空气中的各种成分广泛应用于工农业生产、医疗和科研等领域，是人类生产活动的重要资源。 1. 氧气 过去，人们曾把氧气叫作“养气”，这充分说明了氧气的重要性。燃料燃烧离不开氧气，医疗急救、炼钢、化工生产、气割、气焊和航空航天等都要用到氧气（如图2-6）。 2.  氮气 氮气具有广泛的用途（如图2-7），它是制造硝酸和氮肥的重要原料。由于氮气的化学性质不活 泼，因此常被用作保护气，如焊接金属时用氮气作保护气，食品包装中充入氮气以防腐。医疗上可 利用液氮进行冷冻治疗。超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能。 思考与讨论 在探究空气中氧气含量的实验中，集气瓶内剩下的气体主要是氮气。请结合实验和日常生活 经验讨论下列问题。 （1）燃烧着的红磷熄灭了，这种现象说明氮气能不能支持燃烧？ 说明红磷在氮气中不能燃烧，但是不能说明氮气不能支持燃烧。 （2）集气瓶内液面上升到一定高度后，还能继续上升吗？这种现象能不能说明氮气不易溶于水？ 集气瓶内水面上升一定高度后，不能继续上升，可以说明氮气不易溶于水。 根据日常生活经验及上面的讨论，可以得出氮气的物理性质为:无色、无味的气体，难溶于水。 1、氮气是一种无色无味的气体，它是空气的主要成分之一，占空气体积的78.08%。 氮气的相对分 子质量为28，比空气稍轻，密度为1.25 g/L（0℃，101.3 kPa）。 2、氮气的熔点为-210℃，沸点为-195.8℃，临界温度为-147.1℃，临界压力为3.4 MPa。 3. 稀有气体 在空气的成分中，稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙和氡）所占比例虽然很小，但它们却是一类很重要的气体。它们都没有颜色，没有气味，化学性质很不活泼。 在生产和科学研究中，稀有气体具有广泛的用途（如图2-8）。稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可用于航标灯、照明灯、闪光灯、霓虹灯等。液态氦可用于制造低温环境。 科学·技术·社会 利用氩氦刀治疗肿瘤 氩氦刀不是一般意义上的手术刀，而是一种低温冷冻微创治疗肿瘤的设备（如下图）。治疗时，利用氩气使病变组织快速降温冷冻，利用氦气使病变组织快速升温解冻，从而消除肿瘤，因此被称为氩氦刀。氩氦刀对降温和升温的速度，以及冷冻区域的大小与形状都可以进行精确设定和控制。 三、保护大气环境 洁净的空气对于人类和其他动植物都是非常重要的。但是，随着工业的发展，排放到空气中的有害气体和烟尘对空气造成了污染。被污染的空气会严重损害人体健康，影响作物生长，破坏生态平衡。臭氧层破坏和酸雨也与空气污染有关。 为了保护大气环境，人类正在积极行动起来，使用清洁能源，加强空气质量监测，积极植树、种草等，持续深入打好蓝天保卫战。 思考与讨论 （1）举例说明空气污染造成的危害。 （2）为了保护人类赖以生存的空气，你能做些什么？ （1）空气污染，又称为大气污染，按照国际标准化组织（ISO）的定义，空气污染通常是指:由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人类的舒适、健康和福利或环境的现象。 大气污染物对人体的危害是多方面的，主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼、鼻等黏膜组织受到刺激而患病。 例如，火山喷发时有大量的粉尘和二氧化碳等气体喷射到大气中，造成火山喷发地区烟雾弥漫，毒气熏人；雷电等自然原因引起的森林大面积火灾也会增加二氧化碳和烟粒的含量等。 （2）我们可以从身边的点滴小事做起，积极践行低碳环保的生活和消费方式。 例如，减少烟尘排放：不随意焚烧垃圾秸秆，不燃用散煤，少放烟花爆竹，抵制露天烧烤。 坚持低 碳出行：尽量乘公交出行，或合作乘车、步行、骑自行车，不驾驶、乘坐尾气排放不达标车辆。 选 择绿色消费：优先购买绿色产品，不使用污染重、能耗大、过度包装产品。 厉行节约，节俭消费， 循环利用物品，养成垃圾分类的习惯。 1.空气的成分按体积计算，大约是：氮气 78％、氧气21％、稀有气体等其他成分 1％。 2.纯净物由一种物质组成，混合物由两种或两种以上物质组成。氧气、氮气等是纯净物，空气是混合物。 3.空气是一种宝贵的自然资源，要保护大气环境，防止污染空气。 4.空气中含量较高且化学性质不活泼的气体是氮气。 5.混合物是由两种或多种物质组合而成的物质，如空气、矿泉水等，混合物没有固定的化学式，无固定组成和性质，组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，将他们保持着原来的性质。混合物可以用物理方法将所含物质加以分离。没有经化学合成而组成。 6.纯净物是指由一种物质组成的物质，例如，水（H₂O），二氧化碳（CO₂）等。空气即为混合物（空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等等）。氯化钠即为纯净物、带碘食盐即为混合物（食盐含有氯化钠、碘酸钾等）。纯净物由一种物质组成的物质，组成固定，有固定的物理性质和化学性质的物质，有专门的化学符号，能用一个化学式表示。 课题1我们周围的空气总结 课题2氧气 PART TWE 一、氧气的介绍 （1）氧气的物理性质：氧气+是一种无色、无味、无臭的气体，在标准状况下，氧气的密度是1.429 g/L，比空气的密度（1.293 g/L）略大。氧气不易溶于水，在室温下，1 L水只能溶解约30 mL氧气。在压强为101 kPa时，氧气在-183.0 ℃变为淡蓝色液体，在-218.8 ℃变为淡蓝色固体。 （2）氧气的化学性质：氧气的化学性质比较活泼，具有助燃性，氧化性。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧气反应。 带有火星的木条在氧气中能够复燃，说明氧气能支持燃烧（如图2-10），这进而说明了氧气具有助燃性。 （3）氧气与碳、硫、铁发生反应的实验： 1、木炭在空气中燃烧呈黄色火焰；在氧气中剧烈燃烧，发出 白光，放出热量。与氧气发生化学反应，生成了二氧化碳（CO2） 气体，并放出热量。这个反应可以表示如下： 2、硫在空气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰；在纯氧中燃烧得更旺，发出蓝 紫色火焰，放出热量，生成了一种有刺激性气味的二氧化硫（SO2）气体。这个反 应可以表示如下： 3、在空气中加热细铁丝时，铁丝红热，不能燃烧；但在氧气中点燃细铁丝可发生 剧烈燃烧，火星四射。铁与氧气反应生成黑色的四氧化三铁（Fe3O4）固体。这个 反应可以表示如下： 思考与讨论：木炭和硫分别在空气和氧气中燃烧的现象不同，这说明了什么？ 木炭在空气中燃烧呈黄色火焰，在氧气中燃烧发出白光，硫在空气中燃烧发出微弱的 淡蓝色火焰，在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰。 说明了可燃物在燃烧时与氧气的浓度有关，氧气浓度越高，燃烧越剧烈，燃烧的程度 与氧气的浓度有关。 总结：通过以上几个实验，我们可以看出，可燃物在氧气中燃烧比在空气中燃烧要剧烈。例如，硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，而在氧气中燃烧得更旺，发出蓝紫色火焰。又如，某些在空气中不能燃烧的物质却可以在氧气中燃烧。这说明氧气的化学性质比较活泼，同时也说明，物质在空气中燃烧，实际上是与其中的氧气发生反应，由于空气中的氧气含量相对较低，在空气中燃烧不如在氧气中剧烈。 通过实验和讨论，我们发现氧气与碳、硫、铁的反应有一个共同特点：它们都是由两种物质发生反应，生成另一种物质。我们把由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应，叫作化合反应。 这三个反应还有一个共同特点：它们都是物质与氧气发生的反应。这类反应属于氧化反应。 物质在氧气中燃烧是较剧烈的氧化反应，但并不是所有的氧化反应都像燃烧那样剧烈并发光、放热。有些氧化反应进行得很慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫作缓慢氧化。缓慢氧化的例子很多，如细胞的呼吸作用、食物的腐烂、醋的酿造、农家肥的腐熟等都包含物质的缓慢氧化。 课题2氧气总结 (1）氧气的物理性质：氧气是一种无色、无味、无臭的气体，在标准状况下，氧气的密度是1.429 g/L，比空气1的密度（1.293 g/L）略大。氧气不易溶于水，在室温下，1 L水只能溶解约30 mL氧气。在压强为101 kPa时，氧气在-183.0 ℃变为淡蓝色液体，在-218.8 ℃变为淡蓝色固体。 (2）氧气的化学性质：氧气的化学性质比较活泼，具有助燃性，氧化性。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧气反应，如：在一定条件下能与碳、硫、铁等发生反应。 (3）氧气的检测方法：用带火星的木条插入集气瓶中，若木条复燃，则说明有氧气存在。 (4）由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应，叫作化合反应。 (5）物质与氧气发生的反应属于氧化反应。 (6）可燃物在燃烧时与氧气的浓度有关，氧气浓度越高，燃烧越剧烈，燃烧的程度与氧气的浓度有关。 课题3制取氧气 PART THREE 一、氧气的制取 工业上一般采用分离空气的方法制取氧气。在实验室里，常采用高锰酸钾或过氧化氢分解等方法制取氧气。 如图2-14所示连接好装置。检查装置的气密性后，把少量高锰酸钾装入试管中，在试管口放一团棉花（放一团棉花可以防止加热时试管内的粉末状物质进入导管） ，用带有导管的橡胶塞塞紧试管，并把试管固定在铁架台上。将一个集气瓶盛满水，用玻璃片盖住瓶口，再将其与玻璃片一起倒立在盛水的水槽内。 （1）加热试管，当导管口连续并比较均匀地放出气泡时，把导 管口伸入盛满水的集气瓶，用排水法收集一瓶氧气。 （2）把带有火星的木条插入集气瓶中，观察现象。 实验现象：（1）加热装置内：试管内固体减少，紫红色固体逐渐变 为黑色。 （2）收集装置内：导管口有气泡冒出，生成的无色气体 可使带火星的木条复燃。 高锰酸钾是一种暗紫色的固体，它受热时分解出氧气，同时还生成锰酸钾和二氧化锰。 除了用高锰酸钾分解的方法制取氧气，在实验室里还常常用过氧化氢分解的方法制取氧气。过氧化氢溶液为无色透明液体，在医疗上可用于消毒防腐。在常温下过氧化氢可以分解放出氧气。 1、【问题】 在使用过氧化氢溶液制取氧气时，通常加入少量二氧化锰，这是为 什么呢？ 做催化剂，加快反应速率 2、【实验】 （1）在试管中加入5 mL 5%过氧化氢溶液，把带有火星的木条插入试管，观察现象。 伸入带火星的木条，没有看到明显现象，原因是：反应速率慢，产生的氧气少。 （2）向上述试管中加入少量二氧化锰，把带有火星的木条插入试管，观察现象（如图2-16）。 可以观察到迅速产生大量气泡，木条复燃。 （3）待上述试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带有火星的木条插入试管，观察现象。待试管中又没有现象发生时，再重复上述操作，观察现象。 观察到迅速产生大量气泡，木条复燃；重复该操作多次，均观察到相同的现象，这说明反应前后二氧化锰的化学性质不变。称量反应前后二氧化锰的质量，发现其质量不变，则说明二氧化锰在实验中起 催化作用。 3、【分析与结论】 （1）在实验（1）和实验（2）中，木条是否复燃？发生这种现象的原因可能是什么？ （2）综合分析实验（1）~实验（3）中观察到的现象，你认为二氧化锰在过氧化氢分解的反应中起了什么作用？ 在实验（1）中，带有火星的木条不能复燃，是因为过氧化氢在常温下分解缓慢，在较短时间内放出的氧气很少。在实验（2）中，木条复燃，是因为向过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰使过氧化氢分解加速。这一反应可以表示如下： 在实验（3）中，实验重复多次，每次只消耗了过氧化氢，二氧化锰好像永远用不完。如果在实验前用精密的天平称量二氧化锰的质量，实验后把二氧化锰洗净、干燥，再称量，你会发现它的质量没有发生变化。把它再加到过氧化氢溶液中，还可以加速过氧化氢分解。这种在化学反应里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都没有发生变化的物质叫作催化剂。催化剂在化学反应中所起的作用叫作催化作用。硫酸铜等物质对过氧化氢的分解也具有催化作用。 催化剂在化工生产中有重要而广泛的应用，生产化肥、农药、化工原料等都要使用催化剂。 思考与讨论 分析上述两个制取氧气的反应，它们有什么共同特征？与化合反应有什么不同？ 共同特点是由一种物质生成多种物质，化合反应是由两种或两种以上的物质反应生成一种新物质的反应 由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫作分解反应。在化学学习过程中，常常要用到分类的方法。例如，物质可以分为纯净物和混合物，化学反应可以分为化合反应、分解反应等。利用分类的方法学习化学，可以取得事半功倍的效果。我们还将利用这种方法学习更多的化学知识。 实验探究的一般思路 在“探究——过氧化氢分解制取氧气的反应中二氧化锰的作用”中，我们根据探究目的设计了三个对比实验方案；观察和记录实验中带有火星的木条是否复燃等实验现象，收集证据；通过基于证据的分析推理，最后形成了催化剂的概念。 化学实验是学习化学的基本方法，是开展实验探究的重要方式。通常情况下，实验探究的一般思路可归纳为：明确探究目的→设计实验方案→实施实验→获取证据→分析推理→形成结论。 课题3制取氧气总结 1. 在化学反应中，一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫作分解反应。 2. 实验室里可用高锰酸钾或过氧化氢分解的方法制取氧气。 3. 在化学反应里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都没有发生变化的物质叫作催化剂。催化剂在化工生产中具有重要作用。 4.高锰酸钾和过氧化氢制取氧气的优缺点如下： (1)加热高锰酸钾制氧气 优点：能产生较为稳定的气流,反应速率适中,危险小。 缺点：原料价格高,氧元素利用率低,反应装置复杂,操作不当容易引起试管炸裂,固体废弃物对环境有负面影响。 (2)过氧化氢分解制取氧气 优点：反应时两种药品可以分放在不同容器中,通过控制液体的滴入速率控制反应速率,可以使反应随时发生或停止。产物是水,对环境无害。实验中不使用酒精灯,危险小。 缺点：氧元素利用率低. 本单元总结 1.空气的成按体积计算，大约是：氮气 78％、氧气21％、稀有气体等其他成分 1％。 2.混合物是由两种或多种物质组合而成的物质,纯净物是指由一种物质组成的物质。 3.氧气的物理性质：氧气是一种无色、无味、无臭的气体，在标准状况下，氧气的密度是1.429 g/L，比空气1的密度（1.293 g/L）略大。氧气不易溶于水，在室温下，1 L水只能溶解约30 mL氧气。在压强为101 kPa时，氧气在-183.0 ℃变为淡蓝色液体，在-218.8 ℃变为淡蓝色固体。氧气的化学性质：氧气的化学性质比较活泼，具有助燃性，氧化性。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧气反应，如：在一定条件下能与碳、硫、铁等发生反应。 4.由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应，叫作化合反应。物质与氧气发生的反应属于氧化反应。 5.由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫作分解反应。 6.实验探究的一般思路可归纳为：明确探究目的→设计实验方案→实施实验→获取证据→分析推理→形成结论。 7.在化学反应里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都没有发生变化的物质叫作催化剂。 $$