3.1空气与氧气（原卷版）

3.1空气与氧气学习目标学习目标1、知道空气的组成、各成分的性质及用途，能用实验说明空气是混合物。2、氧气的性质3、氧气的制取原理，实验器材，收集方法。002预习导学知识点一：空气的主要成分空气组成成分探究：一般说来，空气的成分是比较固定的空气的密度为1.293克/升空气的平均分子量：29空气的利用：O2的用途：供给呼吸；支持燃烧，也叫助燃，常用于焊接、切割金属等方面。（2）N2：a性质：无色、无味的气体，难溶于水；不支持燃烧。化学性质较稳定。b用途：灯泡中充氮气可延长使用寿命；食品包装充入氮气可防腐；制造化肥、炸药的重要原料；液氮可以做冷冻剂，医疗上用液氮冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织等。（3）稀有气体：a氦、氖、氩、氪、氙和氡等气体的总称，是混合物。b性质：无色、无味的气体，难溶于水，化学性质不活泼。c用途：常用作保护气；做光源（稀有气体通电能发出不同颜色的光）。（3）CO：1.二氧化碳可用于灭火；2.固态二氧化碳（又称干冰）是一种致冷剂，可用来保藏食品，也可用于人工降雨．二氧化碳是植物光合作用的原料,是一种气体肥料二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。3.二氧化碳是植物光合作用的原料,是一种气体肥料。4.二氧化碳是一种化工原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。知识点二：空气中氧气成分的测定1、实验方案设计：在相同气压下，看消耗掉氧气后，剩余气体的体积占原空气的体积数用红磷燃烧，生成PO固体颗粒且可溶于水2、装置图实验现象：A、红磷燃烧发出黄白色火焰，放出热量，有大量白烟产生。B、待集气瓶冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，约占集气瓶内空气总体积的1/5。4、实验结论：空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5。5、化学方程式：4P+5O22P2O56、注意事项：a.装置的气密性要好，（否则测量结果偏小）；b.所用的红磷必须过量，过少则氧气没有全部消耗完，会导致测量结果偏小；c.要等集气瓶（装置）冷却后才能打开弹簧夹，（否则测量结果偏小）；d.在实验前，导管应预先注满水，（否则测量结果偏小）e.要先夹住橡皮管，然后再点红磷（否则测量结果偏大）；f.点燃红磷伸入瓶中要立即塞紧瓶塞（否则测量结果偏大）。红磷和氧气发生反应，P2O5溶于水，使瓶内气体压强减小，打开止水夹后，大气压把水压入集气瓶中，直至内外压强相等另木炭燃烧生成的是气体二氧化碳，瓶内压强只减小一点，倒吸入集气瓶的水就没有1/5。就会使实验产生教大的误差。知识点三：氧气的制取1．实验室里制取氧气的方法有：分解H2O2和加热分解KMnO4或KClO3，化学方程式为：（1）2H2O2MnO22H2O+O2↑（2）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑（3）2KClO3MnO22KCl+3O2↑工业上用分离空气制取氧气。——物理变化在过氧化氢和氯酸钾制取氧气的反应中，用二氧化锰作为催化剂，它的作用是改变反应速度，本身的质量和化学性质在反应前后都不变。实验室用高氯酸钾制取氧气的操作顺序：检查装置气密性→装入药品→固定装置→收集氧气；用KClO3制取时，若缺少催化剂MnO2，可加入少量KMnO4，因为KMnO4受热分解时会产生MnO2。装置的改进与评价：(1)将固液常温型装置中的长颈漏斗换成分液漏斗或注射器(如图A、图B所示)，改进后装置的优点是通过控制液体的滴加速度，从而控制反应速；(2)C装置的优点是能随时控制反应的发生和停止。总结：相比于高锰酸钾或氯酸钾，实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的优点是可随时添加液体、反应不需要加热、操作简便等。实验室用高锰酸钾制取氧气的操作顺序：第一步：检查装置的气密性。第二步：将药品装入试管中，用一团棉花放在靠近试管口的地方，试管口略向下倾斜固定在铁架台上。第三步：用酒精灯外焰给试管加热，先预热。第四步：等气泡连续均匀再用排水法收集氧气。第五步：先撤导管，再灭酒精灯。氧气的验满方法：将一根带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，就证明已经收满。收集装置：方法排水法向上排空气法收集装置选取依据气体的密度及在水中的溶解性不易溶于水且不与水反应密度比空气大优缺点优点：①收集的气体较纯净；②易判断是否收集满缺点：收集的气体不干燥优点：收集的气体较干燥缺点：收集的气体纯度不高注意事项当观察到瓶口有气泡冒出时，证明氧气已收集满导气管应伸至集气瓶底部，目的是排尽集气瓶中的空气检验和验满：检验将带火星的木条伸入集气瓶瓶内，如果木条复燃，证明收集的气体是氧气验满向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶瓶口，如果木条复燃，说明氧气已集满排水法：当有大量气泡从集气瓶瓶口冒出时，说明氧气已集满排水法收集的O2中有较多水蒸气。排空气法收集的气体不能与空气中的物质反应。如NO能与O2反应，就不能用排空气法收集。0303考向释疑（2023春•上城区校级期中）小明利用如图实验测定空气中氧气的体积分数，下列操作中不会造成测量结果偏小的是（）A．燃烧匙中的红磷不足 B．红磷熄灭时瓶内还有氧气剩余 C．点燃红磷后塞紧瓶塞时瓶内有部分气体逸出 D．红磷熄灭后未冷却至室温便立即打开止水夹读数（2023春•金华期中）下列有关物质燃烧时观察到的现象的叙述中，正确的是（）A．硫在氧气中燃烧，发出淡蓝色火焰，生成有刺激性气味的气体 B．木炭在氧气中燃烧，发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 C．红磷在氧气中燃烧，放出大量热，产生大量白雾 D．铁丝在氧气中燃烧，火星四射，生成四氧化三铁（2023春•金东区期中）在进行“氧气的实验室制取与性质”实验时，某同学制得的氧气不纯。你认为可能的原因是（）A．用排水法收集O2时，集气瓶装满水 B．用向上排空气法收集O2，验满时，将带火星的木条伸入到集气瓶中 C．用排水法收集O2时，导管口连续均匀地冒出气泡，再开始收集 D．用向上排空气法收集O2时，导管伸入到集气瓶的底部（2023春•椒江区校级期中）如图所示，①为制取氧气的发生装置（气密性良好），其中的燃烧匙可以上下移动。②和③为氧气的收集装置。小金欲制取一瓶干燥的氧气，下列分析正确的是（）A．在①中，将MnO2浸入H2O2溶液，MnO2可分解产生氧气 B．若用装置②的方法收集氧气，需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集 C．若用装置③的方法收集氧气，可将带火星的木条放入瓶口进行验满 D．将装置①分别与装置②或③连接，均能达到实验目的（2023春•江干区校级期中）小正在用氯酸钾制取氧气时，误把高锰酸钾当作二氧化锰加入了。下列对该实验的反应过程的分析不正确的是（）A．反应中高锰酸钾起催化作用 B．产生的氧气的质量增加了 C．生成氧气的速度加快了 D．试管中的固体种类最多5种，最少3种（2023春•下城区校级期中）已知分解温度：高锰酸钾240℃、氯酸钾400℃以上。如图为等质量的高锰酸钾和氯酸钾分别用相同的酒精灯加热时，产生氧气的质量（m/g）随消耗时间（t/s）的变化关系示意图。据右图分析，下列说法正确的是（）A．图中甲代表高锰酸钾分解的示意图 B．0﹣t1没有氧气放出是因为还未开始加热 C．高锰酸钾可以做氯酸钾分解的催化剂 D．比较m1和m2可知，制得相同质量的氧气需要氯酸钾的质量少（2023春•鹿城区校级期中）为了避免瓶内空气外逸而造成实验误差，小实用如图甲所示装置“测定空气里氧气的体积分数”，其中橡皮管体积忽略不计。他将少量红磷装入容积为40毫升的试管置中，注射器活塞初始置于10毫升刻度处。点燃酒精灯进行实验，火焰熄灭后，待到合适时间，读取注射器活塞的数据（实验过程中注射器不会弹出）。实验后，小实换用食品脱氧剂去代替红磷测量氧气体积分数，得到结果如图乙。（1）实验中待到“合适时间”指得是。（2）根据实验结果，小实用红磷做实验时，注射器活塞将从10毫升刻度处慢慢前移到约为毫升刻度处才停止。（3）根据图乙结果，若要测定空气里氧气的体积分数，你会选择哪种药品，并说明理由：。（2021春•黄岩区期中）某科学兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了改进：将数显设备、气体压强传感器和空气中氧气含量测量装置按如图所示连接。装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧瓶塞，待火焰熄灭后，过段时间打开活塞，观察到集气瓶中的水位上升，待集气瓶内的水而不再上升时集气瓶内的体积为V2。然后向右边容器内加入一定量的水至两边水面再次相平，此时集气瓶内的气体体积为V3。在点燃红磷至打开活塞这一过程中，观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先上升后下降，再趋于稳定。请回答：（1）数显设备显示，开始一段时间集气瓶内气体压强上升，这是因为。（2）“向右边容器内加入一定量的水至两边水面再次相平”的目的是。（3）在整个实验过程中，集气瓶中减少的氧气体积是（填或“V1﹣V3”或“V1﹣V2”或“V2﹣V3”）。00401强化训练（2023春•江干区校级期中）下列展示的实验室用高锰酸钾制取氧气及氧气化学性质的有关装置，存在错误的是（）A．制取 B．排空气法收集 C．排水法收集 D．性质检验（2023春•义乌市校级期中）下列对有关实验现象的描述正确的是（）A．硫在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量的热 B．红磷在空气中燃烧，产生大量白色烟雾 C．镁条在空气中剧烈燃烧，生成氧化镁 D．木炭在空气中充分燃烧，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体（2023春•义乌市校级期中）实验室常用如图甲、乙的发生装置制取氧气，小金又设计了如图丙、丁的装置用于制取氧气，以及测量氧气体积，相关叙述合理的是（）A．分解双氧水制取氧气时，需定期向甲图烧瓶中添加二氧化锰粉末 B．乙图中先关闭止水夹a再向上拉注射器的活塞，放手后若活塞下落到原位置则装置气密性良好 C．利用丙图二氧化锰粉末与双氧水制取氧气可实现“随开随用、随关随停”的操作 D．若用装置丁测量生成氧气的体积，集气瓶上方原有的空气会使测量结果偏大（2023春•嵊州市期中）某同学用去瓶底的玻璃瓶制成如图所示装置（红磷燃烧前瓶内外水面相平，瓶内剩余容积划为五等份），来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识，正确的是（）A．使用的红磷量的多少，不会影响实验结果 B．足够的红磷燃烧后可使瓶内水面上升到五分之四刻度线处 C．红磷燃烧消耗了空气中的氧气，瓶内气压下降，瓶内水面上升 D．红磷一燃烧完，就要立即观察，并记录水进入容器的刻度（2023春•绍兴期中）某同学为提高实验精准度，对“红磷燃烧测定空气中氧气含量”的实验进行了如图所示的改进。实验结束后冷却至室温，液面上升至低于1刻度处。下列关于改进实验的说法错误的是（）A．该实验铜丝可以换成铁丝代替 B．实验过程中左侧液面先下降后上升 C．实验结束后，左侧玻璃管内压强等于右侧 D．实验结束后，白磷没有将装置内氧气耗尽（2023春•永嘉县校级期中）在通常状况下，氧气是一种无色、无味的气体，在空气中有相当大的含量。某兴趣小组使用如图装置测量空气中氧气的含量，下列叙述正确的是（）A．该实验中可以用木炭代替白磷 B．白磷的作用是消耗试管中的氧气 C．白磷熄灭并冷却后，试管内压强增大 D．最终量筒中液面约降至40毫升刻度线处（2023春•西湖区校级期中）小马同学将一定量的氯酸钾与少量高锰酸钾的混合物加热制取氧气，部分物质质量随时间的变化如图所示，下列有关叙述正确的是（）A．在t1至t2时间内，氯酸钾的质量在减少 B．在t3至t4时间内，二氧化锰的质量增加 C．t3时，试管中有4种固体物质 D．曲线c代表加热过程中生成氧气质量的变化（2023春•东阳市校级期中）在学习氧气的性质时，小科进行了如下探究。（1）用过氧化氢作为原料制取氧气，收集时要得到平稳的气流，应选择图甲中的（填字母）作为发生装置。（2）小科想用图乙装置来验证氧气的密度大于空气密度的性质。他用带火星的木条分别以①、②两种方式迅速插入，预期观察到的现象是。（2023春•西湖区校级期中）根据氧气的制取和性质的相关知识，回答下列问题：（1）图甲装置中二氧化锰的作用是；（2）要获得一瓶干燥的氧气，图甲装置中导管的连接顺序为a→；（3）下列关于硫燃烧实验（如图乙）的相关描述合理的有（填序号）；①硫在空气中燃烧产生淡蓝色火焰②硫燃烧是剧烈氧化的现象③硫在空气和氧气中燃烧的产物不同④集气瓶底部留有水可以减少燃烧产物对空气的污染（2023春•下城区校级期中）如图1中的甲图所示为测定空气中氧气含量的装置及药品。（1）为获得较为准确的实验数据，下列做法不正确的是。A.检查装置的气密性B.燃烧匙中的红磷足量C.点燃红磷后缓慢将燃烧匙插入瓶中，塞紧瓶塞D.红磷熄灭，立即打开弹簧夹让水进入广口瓶便于降温（2）小明同学用足量的木炭代替红磷、氢氧化钠溶液代替水（氢氧化钠能吸收二氧化碳）来做此实验。小明操作正确，但是测得的数据小于用红磷测得的数据，其原因是木炭燃烧除生成二氧化碳外还可能生成。（3）市售“暖宝宝”中发热剂主要成分是：铁粉、炭粉、水和食盐等，反应原理可简化为铁生锈。小明用配制的发热剂按图乙装置实验。他不是将足量的发热剂堆在瓶底，而是将其涂抹在广口瓶内壁的四周，这样做的目的是。（4）在上述三个实验操作都正确的情况下，与另两个实验的测量结果相比，第三个实验的测量结果与空气中的氧气含量更接近。推测其主要原因，最合理的是。（5）在这个实验过程中，图2所示能正确表示的广口瓶内气体体积变化情况的是。（2023春•柯桥区期中）小北查阅资料并设计如图所示的实验装置测定空气中氧气含量。装置中导管很细，其容积忽略不计。资料1：白磷着火点为40℃，白磷、五氧化二磷均有毒，吸入、皮肤接触等均会导致中毒，白磷致死量为50mg。资料2：白磷与硫酸铜反应生成无毒物质，五氧化二磷能溶于水。步骤1：按图1所示装置（集气瓶实际容积为150mL），连接器材并将90mL的70℃硫酸铜溶液加入量筒。步骤2：检查装置的气密性如图2：松开止水夹，轻拉注射器活塞至10mL处，此时硫酸铜溶液进入集气瓶（液面在燃烧匙下方），量筒中的溶液也恰好减少10mL，说明装置密封性良好。此时电子测温仪示数为54℃。步骤3：拔出瓶塞，并将注射器的活塞推到最低处，夹紧止水夹，将装有足量白磷的燃烧匙迅速插入集气瓶，盖紧瓶塞。过了一会，观察到白磷燃烧，产生大量白烟，放出大量热。步骤4：待集气瓶中温度冷却到室温18℃，松开止水夹后测得量筒中硫酸铜体积为38mL。步骤5：计算空气中氧气的体积分数。（1）根据小北查阅的资料，实验中70℃硫酸铜的作用是（写出两点）。（2）实验中测得的氧气的体积分数为。（3）小北多次重复上述实验，但是空气中氧气的体积分数远大于21%，老师提示他是实验步骤设计上出现错误，请说明原因。（2023春•上城区期末）用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气，混合物的质量变化情况如图。下列分析正确的是（）A．