初中科学（八升九）·空气 核心概念与知识清单

初中科学（八升九）·空气核心概念与知识清单

一、空气的主要成分与探究历程

（一）空气的组成与体积分数

空气是多种气体的混合物，其成分按体积分数计算，大约是：氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体（如氩气、氖气、氦气等）约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，其他气体和杂质（如水蒸气、尘埃等）约占0.03%。这是一个【基础】且【高频考点】的数据，必须准确记忆。考查方式通常为选择题或填空题，要求判断物质类别或计算某一体积空气中某成分的体积。

（二）空气成分的发现史【科学史·基础】

1.拉瓦锡的经典实验：法国化学家拉瓦锡通过著名的钟罩实验，最早明确提出空气是由氧气和氮气组成的。他的实验原理是利用汞（Hg）与氧气反应生成红色固体氧化汞（HgO），从而测定空气中氧气的体积。这一贡献奠定了近代化学的基础。

2.科学方法与思维：拉瓦锡的实验体现了定量研究和控制变量的思想。考查中可能出现对科学史实的判断，或根据实验原理设计类似实验的方案。

（三）空气中氧气含量的测定实验【实验·核心考点·必考】

这是本单元的【重中之重】的探究实验，几乎所有考查都会围绕它展开。

1.实验原理：利用过量的红磷（或白磷）燃烧，消耗密闭容器内的氧气，生成固体五氧化二磷（P₂O₅），使容器内气体体积减少，压强减小。在大气压的作用下，水被压入容器，进入水的体积即为消耗的氧气体积。

2.实验装置与步骤：典型装置包括集气瓶、燃烧匙、导气管、止水夹和烧杯。步骤通常为：检查装置气密性→集气瓶中装少量水（吸收P₂O₅并降温）→在燃烧匙中装入过量红磷→点燃红磷后迅速伸入集气瓶并塞紧瓶塞→红磷熄灭并冷却至室温后，打开止水夹。

3.实验现象与结论：

（1）现象：红磷剧烈燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒）；打开止水夹后，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，约占集气瓶内原空气体积的1/5。

（2）结论：氧气约占空气总体积的1/5。

4.误差分析【难点·易错点】：

（1）测量结果小于1/5的可能原因：红磷量不足（氧气未耗尽）；装置漏气（冷却过程中外界空气进入）；未冷却至室温就打开止水夹（瓶内气体受热膨胀，压强偏大，进入的水偏少）。

（2）测量结果大于1/5的可能原因：点燃红磷后伸入集气瓶过慢（导致瓶内空气受热膨胀逸出）；止水夹未夹紧（红磷燃烧时瓶内气体受热膨胀，从导管口逸出）。

5.药品的替代与改进【思维拓展】：

（1）替代药品需满足的条件：只能与空气中的氧气反应；生成物最好是固体（避免气体补充压强）。

（2）常用替代品：铜丝（加热条件下与氧气反应生成氧化铜固体），常用于测定空气中氧气含量的改进实验（如利用注射器推动）。

（3）不选用木炭、硫磺的原因：因为它们燃烧生成二氧化碳或二氧化硫气体，虽然消耗氧气，但生成了新气体，瓶内压强变化不明显，无法准确测定。

二、氧气的性质、制取与用途

（一）氧气的物理性质【基础】

在标准状况下，氧气是一种无色、无味、无臭的气体。密度略大于空气（便于向上排空气法收集）。不易溶于水（因此可以用排水法收集）。有三态变化，在一定条件下可变为淡蓝色的液态氧或固态氧。

（二）氧气的化学性质【核心·高频考点】

氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有氧化性，在反应中提供氧，是常用的氧化剂。其化学性质主要体现在支持燃烧和供给呼吸上。

1.与非金属单质的反应：

（1）木炭（C）：在空气中燃烧发出红光，在氧气中燃烧发出白光，放出热量，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体（二氧化碳）。化学方程式：C+O₂点燃CO₂。

（2）硫（S）：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，放出热量，生成有刺激性气味的气体（二氧化硫）。化学方程式：S+O₂点燃SO₂。【重要】实验时集气瓶底部需放少量水，目的是吸收有毒的二氧化硫，防止污染空气。

（3）红磷（P）：产生大量白烟，生成五氧化二磷固体。化学方程式：4P+5O₂点燃2P₂O₅。

2.与金属单质的反应：

（1）铁（Fe）：在空气中不燃烧（仅红热），在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体（四氧化三铁）。化学方程式：3Fe+2O₂点燃Fe₃O₄。【难点·易错点】实验前需在集气瓶底部铺少量细沙或放少量水，目的是防止高温熔化物溅落炸裂瓶底；铁丝需打磨去除表面氧化物，并绕成螺旋状以增大受热面积。

（2）镁（Mg）：在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成白色固体（氧化镁），并伴有白烟。化学方程式：2Mg+O₂点燃2MgO。镁条还能与氮气、二氧化碳反应，这是【拓展】内容。

3.与某些化合物的反应：

（1）一氧化碳（CO）：燃烧产生蓝色火焰，生成二氧化碳。化学方程式：2CO+O₂点燃2CO₂。

（2）甲烷（CH₄）：燃烧产生明亮的蓝色火焰，生成水和二氧化碳。化学方程式：CH₄+2O₂点燃CO₂+2H₂O。

（三）氧气的制取【实验·核心考点·必考】

实验室制取氧气是初中化学最重要的实验之一，考查方式涵盖仪器选择、操作步骤、检验验满、实验注意事项等。

1.实验室制法一：加热高锰酸钾（KMnO₄）

（1）原理：高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。化学方程式：2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。

（2）装置：固体加热型发生装置（试管口略向下倾斜，防止冷凝水回流炸裂试管）。收集装置可选排水法（氧气不易溶于水）或向上排空气法（氧气密度略大于空气）。

（3）步骤【口诀：查装定点收离熄】：

a.查：检查装置气密性。

b.装：装入药品（试管口要塞一团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导管堵塞导管）。

c.定：固定试管（铁夹夹在距试管口约1/3处）。

d.点：点燃酒精灯加热（先预热，再集中药品部位加热）。

e.收：收集气体（当导管口有连续均匀气泡冒出时才开始收集，因为刚开始排出的是装置内的空气）。

f.离：收集完毕后，先将导管撤离水面。

g.熄：再熄灭酒精灯。这一步顺序【绝对不能颠倒】，否则水会倒吸炸裂试管。

（4）检验与验满：用带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则该气体是氧气。用向上排空气法收集时，验满需将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则氧气已满。

2.实验室制法二：分解过氧化氢（H₂O₂）溶液

（1）原理：过氧化氢在二氧化锰（MnO₂）作催化剂的条件下分解生成水和氧气。化学方程式：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑。

（2）催化剂【重要概念】：能改变（加快或减慢）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。催化剂具有专一性、选择性，且不能改变生成物的质量。

（3）装置：固液常温型发生装置（长颈漏斗下端需液封，防止气体逸出）。收集方法同高锰酸钾法。

（4）优点：无需加热，节能安全；操作简便，便于控制反应速率；产物无污染。

3.工业制法：分离液态空气法（物理变化）。原理是利用液态氮和液态氧的沸点不同，在低温条件下加压使空气液化，然后蒸发，沸点较低的氮气（-196℃）先蒸发出来，剩余的主要是液态氧（-183℃）。

三、二氧化碳的性质、制取与用途

（一）二氧化碳的物理性质【基础】

通常状况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。密度比空气大（因此能用向下排空气法收集，此处注意：密度比空气大，导管应伸入集气瓶底部）。能溶于水（1体积水约溶解1体积二氧化碳）。固态二氧化碳俗称“干冰”，易升华。

（二）二氧化碳的化学性质【核心·高频考点】

1.不燃烧也不支持燃烧：一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。因此，可用于灭火。

2.与水反应：二氧化碳能与水反应生成碳酸（H₂CO₃）。碳酸能使紫色石蕊试液变红。化学方程式：CO₂+H₂O==H₂CO₃。碳酸不稳定，易分解：H₂CO₃==H₂O+CO₂↑。将变红的石蕊试液加热，红色褪去，又恢复紫色。

3.与石灰水反应：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，这是鉴定二氧化碳的特征反应。生成的浑浊物是碳酸钙（CaCO₃）白色沉淀。化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+H₂O。【重要】该反应常用于检验二氧化碳的存在。

4.参与光合作用：二氧化碳是植物光合作用的主要原料，在光照和叶绿体的作用下，与水反应生成有机物（淀粉）和氧气。

（三）二氧化碳的制取【实验·核心考点·必考】

1.药品选择：实验室常用大理石（或石灰石，主要成分CaCO₃）和稀盐酸（HCl）反应制取二氧化碳。

（1）不用稀硫酸的原因：反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止反应进一步进行。

（2）不用浓盐酸的原因：浓盐酸具有挥发性，挥发出HCl气体，使制得的二氧化碳不纯。

（3）不用碳酸钠（纯碱）的原因：反应速率过快，不易控制。

2.原理与方程式：CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑。

3.装置：固液常温型发生装置（与过氧化氢制氧气装置相同）。收集装置只能用向上排空气法（因为二氧化碳能溶于水且密度比空气大）。

4.检验与验满：

（1）检验：将生成的气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则该气体是二氧化碳。

（2）验满：用燃烧的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则二氧化碳已满。

5.操作注意事项：长颈漏斗末端必须液封；锥形瓶内的导管只需突出胶塞少许即可；收集时导管口必须伸入集气瓶底部。

（四）二氧化碳对生活和环境的影响

1.温室效应：二氧化碳是主要的温室气体之一。空气中二氧化碳含量过高会加剧温室效应，导致全球气候变暖。防治措施包括减少化石燃料燃烧、开发新能源、植树造林等。

2.对人体健康的影响：二氧化碳本身无毒，但空气中含量过高（超过1%）会使人感到气闷、头晕，甚至窒息死亡。因此进入久未开启的菜窖、干涸的深井前，必须做灯火试验（灯火熄灭或燃烧不旺，说明二氧化碳含量高）。

四、燃烧与灭火

（一）燃烧的条件【核心·高频考点】

燃烧是可燃物与氧气发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应。

燃烧必须同时满足三个条件（缺一不可）：

1.可燃物（物质本身具有可燃性）。

2.氧气（或空气）（与氧气充分接触）。

3.温度达到可燃物的着火点（可燃物燃烧所需的最低温度）。不同物质的着火点不同，着火点是物质本身的固有属性，一般不能改变。

（二）灭火的原理与方法

根据燃烧的条件，灭火只需破坏其中一个条件即可：

1.清除可燃物或使可燃物与其他物品隔离。

2.隔绝氧气（或空气）。

3.使温度降低到可燃物的着火点以下。

常见的灭火方法及其原理分析是【热点】。例如：

（1）油锅起火：用锅盖盖灭（隔绝空气）。

（2）森林火灾开辟隔离带（清除可燃物）。

（3）用水灭火（降低温度至着火点以下，同时产生的水蒸气也可隔绝空气）。

（4）电器着火：先切断电源，再用干粉灭火器或二氧化碳灭火器扑灭，不可用水（防止触电）。

（三）易燃物与易爆物的安全知识

爆炸通常分为物理性爆炸（如轮胎爆炸）和化学性爆炸（如炸药爆炸）。可燃性气体（如氢气、一氧化碳、甲烷）或粉尘（如面粉、煤粉）与空气混合后，遇明火可能发生爆炸。因此，在生产、运输和使用易燃易爆物时，必须严格遵守安全规定，严禁烟火，保持通风。

五、空气的污染与防治

（一）空气污染物【基础·高频考点】

1.主要污染物：烟尘（可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5）和有害气体。有害气体主要包括：二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）等。

2.污染来源：化石燃料的燃烧（煤、石油）、工业废气、汽车尾气、秸秆焚烧等。

3.主要危害：

（1）二氧化硫和二氧化氮导致酸雨（pH小于5.6的雨水），腐蚀建筑物、酸化土壤和水体。

（2）一氧化碳与血红蛋白结合能力极强，导致人体缺氧中毒。

（3）PM2.5能进入人体肺泡，引发呼吸系统疾病和心血管疾病。

（二）空气污染防治措施

1.减少污染物排放：使用清洁能源（太阳能、风能、氢能等）；对工厂废气进行处理后再排放；汽车安装尾气净化装置；倡导绿色出行。

2.加强空气质量监测与预报：实时发布空气质量指数（AQI）。

3.植树造林，绿化环境：植物可以吸附粉尘，吸收有害气体，并产生氧气。

六、核心化学方程式与计算【重点·必考】

（一）必须掌握的化学方程式（默写与配平）

1.红磷燃烧：4P+5O₂点燃2P₂O₅

2.硫燃烧：S+O₂点燃SO₂

3.铁燃烧：3Fe+2O₂点燃Fe₃O₄

4.镁燃烧：2Mg+O₂点燃2MgO

5.木炭燃烧：C+O₂点燃CO₂

6.实验室制氧气（高锰酸钾）：2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑

7.实验室制氧气（过氧化氢）：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑

8.实验室制二氧化碳：CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑

9.二氧化碳与水反应：CO₂+H₂O==H₂CO₃

10.碳酸分解：H₂CO₃==H₂O+CO₂↑

11.二氧化碳与石灰水反应：CO₂+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+H₂O

（二）根据化学方程式的简单计算【难点】

在空气单元，计算通常结合氧气体积分数或质量分数进行。

1.常见题型：求一定质量（或体积）的空气中某成分的质量（或体积）；根据反应物质量求生成氧气的质量。

2.解题步骤【高频考点】：

（1）设未知量（注意单位统一）。

（2）写出正确的化学方程式。

（3）找出相关物质的相对分子质量与已知量、未知量的关系。

（4）列出比例式。

（5）求解并写出答案。

3.易错点：相对分子质量计算错误；忘记乘以化学计量数；单位不统一；比例式列反。

七、综合专题与思维进阶

（一）跨学科视野：空气与物理、生物的融合

1.压强原理在化学实验中的应用：测定空气中氧气含量、检查装置气密性、排水法收集气体，都涉及到气体压强的变化。理解温度、气体体积、分子运动对压强的影响是解题的关键。

2.呼吸作用与光合作用：生物的呼吸作用消耗氧气，产生二氧化碳；植物的光合作用则相反。两者共同维持着空气中氧气和二氧化碳的相对平衡。这部分常结合生物学科出综合题，考查生态系统的物质循环。

（二）探究性实验设计与评价【能力·拔高】

1.控制变量法的运用：在探究燃烧条件、催化剂作用等实验中，必须明确控制变量。例如，探究燃烧是否需要氧气，应设置一个与空气接触、一个隔绝空气的对比实验，其他条件（如可燃物种类、形状、温度）完全相同。

2.装置的评价与改进：面对给定的实验装置，要学会从科学性（原理是否正确）、安全性（是否防倒吸、防爆炸）、环保性（是否污染空气）、简约性（是否操作简便）等角度进行评价，并提出改进建议。

3.图像题的分析：涉及氧气体积分数变化、反应速率变化等图像题，需关注起点、拐点、终点以及曲线的变化趋势。例如，红磷燃烧过程中，氧气含量应是逐渐下降至一定值（不为零）。

（三）易错点与难点突破【复习警示】

1.概念混淆：

（1）烟（固体小颗粒）与雾（液体小液滴）：红磷燃烧产生白烟（P₂O₅固体），而盐酸与氨气反应生成白雾（NH₄Cl溶