八年级化学第一学期期中知识清单-空气、氧气和二氧化碳（沪科版·五四学制2024）

八年级化学第一学期期中知识清单——空气、氧气和二氧化碳（沪科版·五四学制2024）一、专题综述与核心素养导航【基础】本专题“空气、氧气和二氧化碳”是八年级化学学习的重要基础，它引领我们从宏观上认识身边的物质世界。通过本专题的学习，我们将建立起“性质决定用途”的核心化学观念，掌握实验室制取气体的基本思路与方法，为后续学习物质的微观结构和化学变化奠定坚实的基石。【重要】本专题不仅是期中考试的重点考查内容，约占试卷总分的30%40%，更是中考化学中“身边的化学物质”这一核心板块的开篇之作。学习时，要注重实验探究，理解反应原理，并能运用所学知识解释生活中的常见现象。二、空气的成分与保护（考点热度：★★★★★）（一）空气的组成（拉瓦锡的杰出贡献）【基础】法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，通过汞与氧气反应的实验，第一次明确提出了空气是由氧气和氮气组成的结论。在通常情况下，空气中各成分的含量保持相对稳定。【重要】按体积分数计算，大约是：氮气（N₂）占78%，氧气（O₂）占21%，稀有气体（二氧化碳（CO₂）占0.03%，其他气体和杂质占0.03%。这里需要特别注意的是，提及空气成分时，通常指的是体积分数，而非质量分数。稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。（二）空气中氧气含量的测定（高频考点，难点，实验探究）【核心考点】这是本专题最重要的实验之一，主要考查实验原理、操作步骤、现象描述、误差分析和装置改进。【实验原理】利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，生成固体五氧化二磷，导致容器内压强减小，在大气压的作用下，烧杯中的水被压入容器中。进入容器中水的体积，即为消耗的氧气的体积。【反应原理】化学方程式：4P+5O₂点燃2P₂O₅（注：新教材要求掌握化学方程式的书写，此为重点）。【实验步骤与现象】（1）连接装置，检查装置气密性。（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）用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内过量的红磷，立即伸入瓶中并塞紧瓶塞。（4）观察现象：红磷继续燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒），放出热量。（5）待装置冷却至室温后，打开弹簧夹，观察现象：烧杯中的水沿导管进入集气瓶，瓶内液面上升，进入的水的体积约占原瓶内空气总体积的1/5。【注意事项与误差分析】★实际测得的结果小于1/5，可能原因有：（1）红磷量不足，导致氧气未完全消耗。（2）装置气密性不好，冷却过程中外界空气进入。（3）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。测得结果大于1/5，可能原因有：（1）点燃红磷后伸入集气瓶过慢，导致瓶内空气受热膨胀逸出。（2）未预先夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内气体受热膨胀沿导管逸出。【替代药品与改进】★不能用木炭、硫粉代替红磷，因为其燃烧产物是气体（CO₂、SO₂），瓶内压强变化不大，水不会倒流或倒流量很少。★不能用铁丝代替红磷，因为铁丝在空气中不燃烧。近年来，考试中常出现改进装置，如利用放大镜聚光点燃、使用电热棒点燃等，目的是减小误差，使实验结果更精确，体现了绿色化学的理念。（三）空气中各成分的用途与性质（基础，高频考点）【重要】性质决定了物质的用途。氧气（O₂）：【用途】（1）供给呼吸：如医疗急救、潜水、登山。（2）支持燃烧：如炼钢、气焊、气割、航天火箭发动机的助燃剂。对应性质：氧气的助燃性和供给呼吸的特性。氮气（N₂）：【物理性质】无色、无味的气体，难溶于水。【化学性质】化学性质不活泼，比较稳定。【用途】（1）作保护气：如食品包装充氮防腐、灯泡中充氮以延长寿命、焊接金属时用氮气作保护气。（2）制造硝酸和氮肥的重要原料。（3）液氮在医疗上用于冷冻麻醉，在超导研究等领域制造低温环境。稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙等）：【物理性质】无色、无味，化学性质极不活泼，曾被称为“惰性气体”。【用途】（1）作保护气：如焊接金属时用来隔绝空气。（2）电光源：稀有气体通电时能发出不同颜色的光，可制成多种用途的电光源，如霓虹灯、航标灯。（3）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）。（4）氙气可用于医疗麻醉。（四）空气污染与防治（热点，与社会责任结合）【基础】空气污染物主要分为有害气体和烟尘两大类。有害气体主要包括：二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）以及臭氧（O₃）等；烟尘包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）。【重要】空气污染带来的危害：（1）严重危害人体健康。（2）导致全球气候变暖（温室效应，主要与CO₂排放有关，但CO₂本身不是空气污染物）。（3）形成酸雨（主要由SO₂和NO₂排放引起），腐蚀建筑物和雕像，使土壤酸化。（4）破坏臭氧层（主要是氟利昂等制冷剂的排放）。【防治措施】（1）加强大气质量监测。（2）使用清洁能源，如太阳能、风能、氢能等。（3）工厂废气经处理达标后排放。（4）积极植树造林、种草，增加绿化面积。（5）汽车安装尾气净化装置，提倡乘坐公共交通、骑自行车出行。【空气质量日报】主要内容包括：空气污染指数、首要污染物、空气质量级别和空气质量状况。计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物和臭氧等。三、氧气的性质与制备（考点热度：★★★★★）（一）氧气的物理性质（基础）【基础】通常情况下，氧气是一种无色、无味的气体。密度略大于空气（在标准状况下，密度为1.429g/L，空气为1.293g/L）。不易溶于水（1L水中大约能溶解30mL氧气）。在一定条件下，氧气可液化成淡蓝色的液体，或凝固成淡蓝色雪花状的固体。（二）氧气的化学性质（高频考点，实验探究）【非常重要】氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有氧化性（助燃性），能与许多物质发生氧化反应。1.与金属（铁）反应：★【现象】细铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体（四氧化三铁，Fe₃O₄）。【注意事项】实验前需用砂纸打磨掉铁丝表面的锈；将铁丝绕成螺旋状以增大受热面积；在铁丝下端系一根火柴梗，待火柴梗即将燃尽时伸入集气瓶（防止火柴燃烧消耗过多氧气）；集气瓶底部要预先放少量水或铺一层细沙，防止高温熔融物溅落炸裂瓶底。【化学方程式】3Fe+2O₂点燃Fe₃O₄2.与金属（镁）反应：【现象】银白色镁条在空气中点燃，发出耀眼的白光，放出大量热，生成一种白色固体（氧化镁，MgO）。【化学方程式】2Mg+O₂点燃2MgO3.与非金属（碳）反应：【现象】木炭（主要成分是碳）在空气中只能发红，在氧气中燃烧更旺，发出白光，放出热量，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体（二氧化碳，CO₂）。【化学方程式】C+O₂点燃CO₂4.与非金属（硫）反应：【现象】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，放出热量，生成一种有刺激性气味的气体（二氧化硫，SO₂）。【注意事项】集气瓶底部要预先放少量水，用来吸收二氧化硫，防止污染空气。【化学方程式】S+O₂点燃SO₂5.与非金属（磷）反应：【现象】红磷在氧气中燃烧产生大量的白烟（五氧化二磷，P₂O₅），放出热量。【化学方程式】4P+5O₂点燃2P₂O₅6.与某些化合物（石蜡）反应：【现象】蜡烛在氧气中燃烧比在空气中剧烈，发出白光，集气瓶内壁有水雾生成，倒入澄清石灰水后变浑浊。【分析】证明蜡烛（主要是碳氢化合物）燃烧后生成了水和二氧化碳。【易错点】描述实验现象时，切忌说出生成物的名称，只能描述为“生成一种黑色固体”、“生成一种有刺激性气味的气体”等。例如，“铁丝燃烧生成四氧化三铁”是实验结论，而非现象。（三）氧气的制备（绝对重点，必考内容）【非常重要】实验室制取气体的一般思路：首先研究反应原理（用什么药品、在什么条件下反应），然后根据反应物的状态和反应条件选择发生装置，再根据气体的密度、水溶性以及是否与水反应选择收集装置。1.工业制法（物理变化）：分离液态空气法。原理：利用液态氮和液态氧的沸点不同（氮气的沸点196℃，氧气的沸点183℃），通过蒸发液态空气，氮气先挥发出来，剩余的主要是液氧，储存在蓝色钢瓶中。2.实验室制法：（1）加热高锰酸钾（KMnO₄）或氯酸钾（KClO₃）与二氧化锰（MnO₂）的混合物（固固加热型）反应原理：★高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气(2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑)★氯酸钾二氧化锰加热氯化钾+氧气(2KClO₃MnO₂△2KCl+3O₂↑)其中二氧化锰是催化剂，起催化作用。发生装置：固体加热型。主要仪器：铁架台（带铁夹）、酒精灯、试管、带导管的单孔橡皮塞。收集装置：排水法（氧气不易溶于水，且不与水反应）或向上排空气法（氧气密度比空气略大）。操作步骤（以高锰酸钾制取氧气为例，谐音记忆：茶庄定点收利息）：【查】检查装置的气密性。【装】将药品装入试管，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），并按图示连接好装置。【定】将试管固定在铁架台上，试管口要略向下倾斜（防止冷凝水回流到热的试管底部，炸裂试管）。【点】点燃酒精灯，先预热，后对药品部位集中加热。【收】收集气体。当导管口有连续均匀的气泡冒出时，开始收集（因为开始排出的气泡是装置内的空气，会导致收集的氧气不纯）。用排水法收集结束时，观察到集气瓶口有大气泡冒出，说明已收集满。【离】实验结束后，先将导管移出水面。【熄】再熄灭酒精灯。★（防止水槽中的水倒吸回试管，使试管炸裂）。此两步顺序不可颠倒！检验：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明该气体是氧气。验满：用向上排空气法时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。用排水法时，当集气瓶口有大气泡冒出时，证明已满。（2）分解过氧化氢（H₂O₂）溶液（固液不加热型）反应原理：★过氧化氢二氧化锰水+氧气(2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑)发生装置：固液不加热型。主要仪器：锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、带导管的双孔橡皮塞。优点：无需加热，操作简便、安全、节能，可以通过分液漏斗控制反应速率。收集装置：同加热法，可用排水法或向上排空气法。催化剂与催化作用：【非常重要】催化剂是指在化学反应中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。催化剂在反应中所起的作用叫催化作用。特点：“一变两不变”：改变反应速率（可加快可减慢）；自身的质量和化学性质不变。注意：催化剂不能改变生成物的质量，也不能使原本不发生的反应发生。（四）氧气的工业制法（基础）【基础】分离液态空气法是物理变化，因为只是将氧气和氮气分离，没有新物质生成。四、二氧化碳的性质、用途与制备（考点热度：★★★★★）（一）二氧化碳的物理性质（基础）【基础】通常情况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。密度比空气大（标准状况下为1.977g/L，约是空气的1.5倍）。能溶于水（1体积水大约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强可溶解更多，如汽水）。固态二氧化碳俗称干冰。（二）二氧化碳的化学性质（高频考点，实验探究）【非常重要】1.不能燃烧，也不能支持燃烧（一般情况）。【实验】如图，将二氧化碳气体慢慢倒入装有两只燃着蜡烛的烧杯中，观察到下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭。该实验证明两点：①二氧化碳密度比空气大；②二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。这是二氧化碳可用于灭火的主要原理。2.与水反应生成碳酸（H₂CO₃）。【实验】将二氧化碳通入紫色石蕊试液中，溶液变红。原因是CO₂+H₂O=H₂CO₃，碳酸能使紫色石蕊试液变红。但碳酸很不稳定，容易分解：H₂CO₃=H₂O+CO₂↑。加热变红的溶液，又变回紫色，说明碳酸分解了。3.与澄清石灰水反应（用于检验二氧化碳）。【现象】将二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊。化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。生成的白色沉淀是碳酸钙（CaCO₃）。这一反应常被用来检验二氧化碳气体的存在。4.与碳反应（高温条件下）：CO₂+C高温2CO。这是一个化合反应，一氧化碳是有毒气体，也是重要的燃料和还原剂。（三）二氧化碳的用途与影响（热点，与社会责任结合）【重要】用途由性质决定。1.灭火：利用其密度比空气大和不支持燃烧的性质。2.作气体肥料：在温室中，增加CO₂浓度可促进植物光合作用，提高作物产量。3.化工原料：用于制纯碱（Na₂CO₃）、尿素、汽水等。4.干冰的用途：干冰升华吸热，可用作制冷剂，用于人工降雨（营造舞台云雾效果）、食品冷藏保鲜。5.温室效应：大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，允许太阳光透过，但吸收并保留地面辐射出的红外线，使地球温度保持在一个适合生命存在的水平，这就是“温室效应”。【重要】但人类活动（化石燃料的大量使用、森林砍伐）导致大气中CO₂含量过高，加剧了温室效应，引起全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等一系列环境问题。因此，倡导“低碳生活”意义重大，如减少使用一次性餐具、节约用电、多植树种草、使用清洁能源等。（四）二氧化碳的实验室制法（绝对重点，必考内容）【非常重要】1.药品：大理石（或石灰石，主要成分CaCO₃）和稀盐酸（HCl的水溶液）。★不用浓盐酸（易挥发出HCl气体，使CO₂不纯）；不用稀硫酸（反应生成的CaSO₄微溶于水，覆盖在石灰石表面，阻止反应进一步进行）；不用纯的碳酸钠或碳酸钙粉末（反应速率太快，不易控制）。2.反应原理：★CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑3.发生装置：固液不加热型。与过氧化氢制氧气的装置类似，常用锥形瓶（或广口瓶、试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡皮塞和导管。若用长颈漏斗，其末端必须伸入液面以下，形成“液封”，防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗口逸出。4.收集装置：只能用向上排空气法。【原因】CO₂能溶于水且与水反应，不能用排水法；密度比空气大，故用向上排空气法。导管应伸入集气瓶底部，以利于排尽空气。5.检验与验满：检验：将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，证明该气体是二氧化碳。验满：将燃着的木条放在集气瓶口（不能伸入瓶内），若木条熄灭，证明已收集满。6.操作步骤：（1）检查装置气密性。（2）先加入石灰石（固体）。（3）从长颈漏斗加入稀盐酸（液体）。（4）开始收集气体。（5）验满。五、跨学科实践活动（新教材亮点，素养导向）（一）基于特定需求设计和制作简易供氧器（创新题，综合应用）【热点】本专题对应的跨学科实践活动是“基于特定需求设计和制作简易供氧器”，这充分体现了新课程改革强调的“做中学”和跨学科融合（融合了化学、物理、工程学等）。【设计思路】需要考虑以下几个方面：1.反应原理的选择：家用或医用供氧器，通常要求反应安全、可控、速率适中、原料廉价易得。实验室用过氧化氢和二氧化锰制氧气的方法比加热高锰酸钾更适用于此场景（无需加热，安全）。2.装置设计（工程思维）：（1）发生装置：要便于添加液体（过氧化氢），并能控制反应速率（可通过分液漏斗或调节滴加速度实现）。（2）洗气装置：为了获得更纯净的氧气，可能会增加一个装有水的洗气瓶，以除去可能挥发出的杂质（如过氧化氢分解中可能带出的水雾）。（3）收集与加湿装置：氧气不易溶于水，可采用排水法收集，但医用氧气常需通过水面（加湿瓶）进行加湿，使患者吸入更舒适的氧气。3.安全性考量：装置必须气密性良好，防止漏气；各部件连接牢固；材料应选用安全无毒的塑料或医用橡胶等。（二）微型空气质量“检测站”的组装与使用【热点】另一个跨学科实践活动是组装和使用微型空气质量“检测站”。这融合了化学（污染物种类、检测原理）、物理（传感器、电路连接）、信息技术（数据读取与分析）等多学科知识。目的是让我们关注身边的环境质量，了解PM2.5、SO₂、NO₂、CO、O₃等关键指标的检测方法，增强环保意识。六、物质间的相互转化与思维导图（综合提升）【重要】构建知识网络是复习的关键。本专题的核心物质是O₂和CO₂，它们与C、H₂O、CaCO₃等可以构建起一个相互联系的“碳氧循环”知识网。核心转化关系：1.氧循环：O₂CO₂。主要通过动植物的呼吸作用（C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O）和含碳燃料的燃烧（C+O₂→CO₂）将O₂转化为CO₂；而植物的光合作用（6CO₂+6H₂O光叶绿素C₆H₁₂O₆+6O₂）则将CO₂转化为O₂。2.碳循环：CO₂CaCO₃H₂O、CO₂H₂CO₃等。七、常见题型与解题策略（一）选择题和填空题1.概念辨析题：【策略】紧扣定义。如判断物质变化是物理变化还是化学变化，关键看有无新物质生成。判断混合物和纯净物，看是由一种物质还是多种物质组成。2.性质与用途对应题：【策略】熟记“性质决定用途”原则。例如，稀有气体通电发光（物理性质）用于电光源；氮气化学性质稳定（化学性质）用于食品防腐。3.