【知识清单】初中九年级化学：我们周围的空气

【知识清单】初中九年级化学：我们周围的空气一、空气的组成与成分探究（一）拉瓦锡的实验与空气组成在化学发展史上，法国科学家拉瓦锡用定量的方法首次得出了空气是由氮气和氧气组成的结论。他的实验原理是利用汞在密闭容器中长时间加热，汞与空气中的氧气反应生成红色固体氧化汞，从而消耗了氧气，使得容器内气体体积减少约五分之一。通过对剩余气体的研究，发现其既不支持燃烧也不供给呼吸，主要成分为氮气。这一经典实验不仅测定了氧气的含量，更重要的是开创了定量研究物质组成的先河。【基础】【热点】（二）空气中氧气含量的测定实验这是本单元最重要的实验之一，也是中考的【高频考点】和【难点】。我们需要掌握其原理、装置、步骤、现象、结论以及误差分析。1、实验原理：利用红磷在密闭容器中与氧气发生反应，生成固体五氧化二磷，消耗瓶内的氧气，使容器内气压减小。在大气压的作用下，烧杯中的水被压入集气瓶中，进入水的体积即为消耗的氧气体积。化学方程式：4P+5O₂=点燃=2P₂O₅2、实验装置：集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、导管、弹簧夹、烧杯、酒精灯。3、实验步骤与要点：（1）连接装置，检查装置的气密性。【非常重要】（2）在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份。（3）用弹簧夹夹紧橡胶管。（4）在燃烧匙内放入过量红磷。【重要】红磷必须过量，以确保集气瓶内的氧气被充分消耗。（5）在酒精灯上点燃红磷后，立即伸入集气瓶中并塞紧橡胶塞。（6）待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。【非常重要】4、实验现象：（1）红磷燃烧，产生大量白烟（注意：是白烟，不是白雾，烟是固体小颗粒，雾是小液滴），放出大量热。（2）冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水被吸入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内原空气总体积的1/5。5、实验结论：氧气约占空气总体积的1/5。6、误差分析：【难点】【高频考点】（1）测得结果小于1/5的可能原因：A.红磷量不足，导致氧气未被完全消耗。B.装置气密性不好，冷却至室温的过程中，外界空气进入瓶内。C.未冷却至室温就打开弹簧夹，此时瓶内气体温度高、压强大，进入的水体积偏小。（2）测得结果大于1/5的可能原因：A.点燃红磷后伸入集气瓶的动作过慢，导致瓶内部分空气受热膨胀逸出。B.实验前未夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内部分气体受热膨胀从导管口逸出。7、药品替代原则与考向：【拓展】并非所有物质都能替代红磷。替代品必须满足：能在空气中燃烧；只能与空气中的氧气反应，而不能与氮气、二氧化碳等其他成分反应；生成物不能是气体（若为气体，则无法产生压强差）。因此，木炭、硫磺（生成CO₂、SO₂气体）不能用于该实验。若改用铁，则铁在空气中无法燃烧。（三）空气的成分及用途空气是由多种物质组成的混合物，其成分按体积分数计算（切记是体积分数，不是质量分数），大约是：【基础】【记忆】氮气（N₂）：78%氧气（O₂）：21%稀有气体：0.94%二氧化碳（CO₂）：0.03%其他气体和杂质：0.03%★物质的用途由性质决定，这是化学的核心观念。1、氧气（O₂）：（1）性质：物理性质——无色、无味的气体，密度比空气略大，不易溶于水。化学性质——比较活泼，具有氧化性（助燃性），能支持燃烧，能供给呼吸。（2）用途：【高频考点】A.供给呼吸：医疗急救、潜水、登山、动植物呼吸。B.支持燃烧：炼钢（提高炉温）、气焊（形成高温火焰）、航天火箭发射（作助燃剂）、氧炔焰切割金属。2、氮气（N₂）：（1）性质：物理性质——无色、无味的气体，难溶于水。化学性质——不活泼，比较稳定。（2）用途：【高频考点】A.化学性质不活泼，常用作保护气：食品包装时充氮气防腐、灯泡中充氮气延长寿命、焊接金属时作保护气。B.制造硝酸和氮肥的重要原料。C.液氮在汽化时吸收大量热，可提供低温环境，用于医疗冷冻麻醉、超导材料等。3、稀有气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe等）：（1）性质：无色、无味，化学性质非常不活泼（曾被称为“惰性气体”）。（2）用途：【高频考点】A.化学性质极不活泼，用作保护气（如焊接金属时隔绝空气）。B.通电时能发出不同颜色的光（物理变化），用于制造多种用途的电光源，如航标灯、霓虹灯、闪光灯等。C.氦气密度小且化学性质稳定，可用于填充探空气球（比氢气安全）。（四）纯净物与混合物的概念辨析【基础】【热点】这是物质分类的入门知识，必须准确区分。1、纯净物：由一种物质组成。有固定的组成和性质，可以用专门的化学符号表示。例如：氧气（O₂）、氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）、冰水混合物（注意：冰和水是同一物质的不同状态，因此属于纯净物）、五氧化二磷（P₂O₅）等。2、混合物：由两种或多种物质混合而成。没有固定的组成，各物质保持其原有的性质。例如：空气、海水、石灰水、矿泉水、稀有气体（注意：稀有气体是氦、氖、氩等多种气体的总称，因此是混合物）、溶液、合金等。3、判断技巧：不要被“纯净”、“混合”、“洁净”、“新鲜”等字眼迷惑。关键看该物质由几种物质构成。如“洁净的空气”仍然是混合物，因为它含有氮气、氧气等多种成分。二、氧气的性质（一）氧气的物理性质在标准状况下，氧气是无色、无味的气体。密度为1.429g/L，比空气（1.293g/L）略大。不易溶于水（30mL/L，即1L水中约能溶解30mL氧气）。有三态变化：经加压或降温可变为淡蓝色液态氧（液氧）或淡蓝色雪花状固态氧。【基础】（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，可以作为氧化剂，在反应中提供氧，支持燃烧。1、与非金属反应：（1）木炭（C）：在空气中燃烧发红光，放热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；在氧气中燃烧更旺，发出白光，放热，生成无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体。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，放热，生成有刺激性气味的气体；在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，放热，生成有刺激性气味的气体。【重要】实验前集气瓶底要放少量水，目的是吸收生成的二氧化硫（SO₂），防止污染空气。化学方程式：S+O₂=点燃=SO₂（3）红磷（P）：在空气中燃烧产生大量黄白色浓烟（五氧化二磷小颗粒），放热；在氧气中燃烧更剧烈，产生耀眼的白光，放热，产生大量白烟。化学方程式：4P+5O₂=点燃=2P₂O₅（4）氢气（H₂）：在空气中燃烧产生淡蓝色火焰，在氧气中燃烧产生淡蓝色火焰，唯一产物是水。化学方程式：2H₂+O₂=点燃=2H₂O2、与金属反应：（1）铁（Fe）：【非常重要】在空气中红热，不燃烧；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【实验要点】做铁丝燃烧实验时，必须注意：A.细铁丝要绕成螺旋状（增大受热面积和聚热）。B.铁丝下端要系一根火柴梗（引燃）。C.待火柴梗快燃尽时，再将铁丝伸入集气瓶（防止火柴梗消耗过多氧气）。D.集气瓶底要预先留少量水或铺一层细沙（防止高温熔化物溅落炸裂瓶底）。（2）镁（Mg）：在空气中燃烧发出耀眼的白光，放热，生成白色固体（氧化镁）。镁也能在氮气、二氧化碳中燃烧。化学方程式：2Mg+O₂=点燃=2MgO3、与化合物反应：（1）蜡烛（主要成分石蜡）：在氧气中燃烧更旺，发出白光，放热，集气瓶内壁有水珠（证明有水生成），生成能使澄清石灰水变浑浊的气体（证明有二氧化碳生成）。该反应是氧化反应，但不是化合反应。（2）乙炔（C₂H₂）：在氧气中燃烧火焰温度极高（氧炔焰），用于焊接和切割金属。三、氧气的制法（一）工业制法分离液态空气法。原理：利用液态氮和液态氧的沸点不同。在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发。由于液氮的沸点（196℃）低于液氧（183℃），液氮先汽化出来，剩余的主要是液氧。这个过程属于物理变化。【基础】（二）实验室制法【核心】【必考】实验室制取气体的一般思路：原理→装置→检验。这是中考的【重中之重】。1、药品及反应原理（化学方程式）：（1）加热高锰酸钾（KMnO₄）：化学方程式：2KMnO₄=△=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑【重要】高锰酸钾是暗紫色固体，加热时，锰元素部分从+7价降至+6价（锰酸钾）和+4价（二氧化锰）。（2）加热氯酸钾（KClO₃）和二氧化锰（MnO₂）的混合物：化学方程式：2KClO₃=MnO₂/△=2KCl+3O₂↑【重要】二氧化锰在此反应中是催化剂，起催化作用。（3）分解过氧化氢（H₂O₂）溶液：化学方程式：2H₂O₂=MnO₂=2H₂O+O₂↑【重要】此反应在常温下进行，无需加热。二氧化锰同样作为催化剂。2、催化剂与催化作用：【难点】【高频考点】（1）定义：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做催化剂（又叫触媒）。（2）“一变两不变”的理解：【非常重要】A.“一变”：改变反应速率（包括加快或减慢）。B.“两不变”：质量不变；化学性质不变。（3）注意：催化剂不能使原本不反应的物质发生反应，也不能增加生成物的产量，只能改变化学反应的速率。3、发生装置和收集装置的选择：（1）发生装置的选择依据：【基础】A.反应物状态和反应条件。B.固固加热型（如高锰酸钾制氧、氯酸钾制氧）：选用试管、酒精灯、铁架台等，试管口略向下倾斜（防止冷凝水回流炸裂试管）。C.固液不加热型（如过氧化氢制氧）：选用锥形瓶、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔塞等。使用长颈漏斗时，末端必须液封（伸入液面以下），防止生成的氧气逸出。分液漏斗可以控制滴加速率和反应速率。（2）收集装置的选择依据：【基础】A.排水集气法：适用于不易溶于水或难溶于水，且不与水反应的气体（如氧气）。优点：收集的气体较纯净。缺点：气体较潮湿。B.向上排空气法：适用于密度比空气大，且不与空气成分反应的气体（如氧气）。优点：收集的气体较干燥。缺点：纯度不如排水法高。C.向下排空气法：适用于密度比空气小的气体（如氢气）。4、高锰酸钾制氧气的详细步骤（查、装、定、点、收、离、熄）：【高频考点】【必考操作】（1）查：检查装置的气密性。方法：将导管一端浸入水中，用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，则气密性良好。（2）装：装入药品。在试管口放一团棉花（防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管）。【重要】（3）定：固定试管。将试管固定在铁架台上，试管口略向下倾斜。（4）点：点燃酒精灯加热。先预热，后集中药品部位加热。（5）收：收集气体。当导管口有连续均匀气泡冒出时（排尽装置内空气），开始收集。用排水法收集时，当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已集满；用向上排空气法时，用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则已集满。（6）离：实验结束，先将导管撤离出水面。（7）熄：再熄灭酒精灯。【易错警示】“离”和“熄”的顺序绝对不能颠倒！若先熄灯，试管冷却，压强减小，水槽中的水会被倒吸入试管，导致试管炸裂。5、过氧化氢制氧气的要点：（1）二氧化锰作为催化剂，可以加快反应速率。（2）若使用长颈漏斗，末端必须液封。（3）此装置（固液不加热）的优点是：无需加热，节约能源；可以随时添加药品；可以通过控制滴加速率来控制反应速率。6、氧气验满与检验：【基础】（1）检验：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则该气体是氧气。（2）验满（向上排空气法）：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则氧气已满。（3）验满（排水法）：当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已满。四、反应类型辨析（一）化合反应由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应。特点是“多变一”。【基础】表达式：A+B+…→C例如：C+O₂=点燃=CO₂；CaO+H₂O=Ca(OH)₂（二）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。特点是“一变多”。【基础】表达式：A→B+C+…例如：2H₂O₂=MnO₂=2H₂O+O₂↑；2KMnO₄=△=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑（三）氧化反应物质与氧（包括氧气）发生的反应。特点是“得氧”。【注意】氧化反应不是基本反应类型。1、剧烈氧化：如燃烧、爆炸等，反应剧烈，发光发热。2、缓慢氧化：反应进行得很慢，甚至不易察觉，放热但不发光。如铁生锈、食物腐烂、动植物呼吸、塑料老化等。【热点】【联系生活】（四）化合反应与氧化反应的关系化合反应不一定是氧化反应（如CO₂+H₂O=H₂CO₃，没有氧参与），氧化反应也不一定是化合反应（如蜡烛燃烧生成水和二氧化碳两种物质，不属于化合反应）。两者是交叉关系。五、空气的污染与防治（一）空气污染物【高频考点】计入《环境空气质量标准》及空气污染指数（AQI）的主要污染物包括：1、有害气体：二氧化硫（SO₂，主要来自煤的燃烧，导致酸雨）、一氧化碳（CO，主要来自汽车尾气、燃料不完全燃烧，有毒）、二氧化氮（NO₂，主要来自汽车尾气、工厂废气，导致酸雨和光化学烟雾）、臭氧（O₃，近地面污染物）。2、可吸入颗粒物：PM10（粒径≤10μm）和PM2.5（粒径≤2.5μm，可入肺颗粒物）。PM2.5是造成雾霾天气的主要原因，对人体健康危害极大。【热点】【特别注意】二氧化碳（CO₂）不是空气污染物，但含量增多会导致温室效应加剧。（二）空气污染的来源化石燃料（煤、石油）的燃烧；工厂排放的废气；汽车尾气的排放；植被破坏引起的扬尘等。（三）防治措施【拓展】【价值观渗透】1、减少污染物的排放：改善能源结构，使用清洁能源（如太阳能、风能、氢能）；改进汽车燃料，安装催化净化装置；工厂废气处理达标后再排放。2、吸收和净化已排放的污染物：植树造林、种草，利用植物的光合作用吸收有害气体，吸附粉尘。（四）空气质量日报主要内容包括：空气质量指数（AQI）、首要污染物、空气质量级别、空气质量状况。指数越大，级别越高，空气质量越差。【基础】六、核心考点与解题策略（一）常见考查方式1、选择题：考查空气成分、用途、物质分类、实验现象描述、反应类型判断等。易错点在于现象与结论的混淆（如“生成二氧化碳”是结论，现象是“生成能使澄清石灰水