八年级化学鲁教版（五四制）第四单元我们周围的空气知识清单

八年级化学鲁教版（五四制）第四单元我们周围的空气知识清单一、空气的成分与探究（一）认识空气的组成【基础】【核心必备】空气是一种天然资源，其成分按体积分数计算，是相对固定的。在通常情况下（即常温和常压下），空气中各成分的体积分数大约是：氮气（N₂）约占78%，氧气（O₂）约占21%，稀有气体（包括氦、氖、氩、氪、氙等）约占0.94%，二氧化碳（CO₂）约占0.03%，其他气体和杂质（如臭氧、水蒸气、尘埃等）约占0.03%。这里需要特别强调的是，我们通常所说的“空气组成”指的是干燥空气的体积分数，水蒸气的含量会随着季节、气候等因素发生较大变化。（二）拉瓦锡研究空气成分的实验【高频考点】二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，他通过著名的汞（Hg）与空气反应的实验，得出结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的五分之一。该实验的原理是：在密闭容器中，汞与空气中的氧气（O₂）加热条件下反应生成红色固体氧化汞（HgO），消耗了容器内的氧气，导致容器内气体体积减少，减少的体积即为氧气的体积。拉瓦锡实验的伟大之处在于其严谨的定量思维，为近代化学的发展奠定了基础。（三）空气中氧气含量的测定实验【高频考点】【实验探究】这是本单元最重要的实验之一，通常采用红磷（P）作为反应物。1.实验原理：利用红磷在密闭容器中与空气中的氧气发生化学反应，生成五氧化二磷（P₂O₅）固体，使容器内压强减小，在大气压的作用下，烧杯中的水被压入容器中，进入容器内水的体积，就约等于被消耗的氧气的体积。2.实验装置：集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、导管、弹簧夹、烧杯（内盛水）。集气瓶内预先加入少量水，并将水面以上部分容积划分为五等份。3.实验步骤：（1）检查装置的气密性。（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。（4）在燃烧匙内放入过量的红磷，点燃后迅速伸入集气瓶，并立即塞紧橡胶塞。（5）待红磷熄灭，集气瓶冷却至室温后，打开弹簧夹。4.实验现象：（1）红磷燃烧，产生大量白烟（即五氧化二磷固体小颗粒）。（2）打开弹簧夹后，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，集气瓶内水面上升，约占瓶内原空气体积的1/5。5.实验结论：氧气约占空气总体积的1/5。6.注意事项与误差分析【难点辨析】：（1）红磷必须过量：若红磷量不足，则不能将集气瓶内的氧气完全耗尽，导致测量结果偏小。（2）装置气密性必须良好：若装置漏气，当集气瓶内压强减小时，外界空气会进入，导致进入的水的体积偏小，测量结果偏小。（3）待装置冷却至室温后再打开弹簧夹：若未冷却就打开，集气瓶内气体受热膨胀，压强较大，进入的水的体积偏小，测量结果偏小。（4）点燃红磷后要立即伸入集气瓶中并塞紧瓶塞：若伸入过慢，会使瓶内部分气体受热膨胀逸出，导致进入的水的体积偏大，测量结果偏大。（5）实验前，集气瓶中预先加入少量水的作用是：①吸收反应生成的五氧化二磷（白烟），防止污染空气；②吸收反应放出的热量，加速降温。（6）能否用木炭、硫磺、铁丝代替红磷？【重要】木炭（C）和硫磺（S）在空气中燃烧会分别生成二氧化碳（CO₂）和二氧化硫（SO₂）气体。虽然它们消耗了氧气，但也生成了新的气体，导致反应前后瓶内压强变化不明显，水无法被压入或进入很少，因此不能用于测定氧气含量。铁丝（Fe）在空气中无法燃烧，故也不能使用。（四）空气各成分的性质与用途【高频考点】【基础知识】1.氮气（N₂）：（1）物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小（但通常不用排空气法收集，因其密度与空气接近）。（2）化学性质：化学性质不活泼，比较稳定，一般情况下不支持燃烧，也不供给呼吸。（3）用途：【热点】①作保护气（如填充食品包装袋防腐、灯泡填充气、焊接金属时的保护气），利用了其化学性质不活泼的稳定性；②制造氮肥、硝酸的重要原料；③液氮（液态氮气）在医疗上用于冷冻麻醉、超导材料的环境等。2.稀有气体（包括He、Ne、Ar、Kr、Xe等）：（1）物理性质：无色、无味，化学性质极不活泼，过去被称为“惰性气体”。（2）用途：①作保护气（如焊接金属时用来隔绝空气）；②制作电光源（如航标灯、霓虹灯等），稀有气体在通电时会发出不同颜色的光，这是其重要的物理性质；③氦气（He）密度很小，化学性质稳定，可用于填充探空气球（比氢气更安全）。3.二氧化碳（CO₂）：（1）物理性质：无色、无味的气体，能溶于水，密度比空气大。（2）用途：①植物进行光合作用的原料；②固态二氧化碳（俗称干冰）可用作制冷剂、人工降雨；③用于灭火。二、氧气（O₂）的性质与制法（一）氧气的物理性质【基础】在标准状况下，氧气是一种无色、无味的气体。不易溶于水（在室温下，1L水中大约能溶解30mL氧气）。在压强为101kPa时，氧气在183℃时变为淡蓝色液体，在218℃时变为淡蓝色雪花状固体。工业上生产的氧气通常贮存在蓝色的钢瓶中。（二）氧气的化学性质【核心内容】【高频考点】氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在一定条件下能与许多物质发生化学反应，同时放出热量，具有氧化性，是常用的氧化剂。1.与金属（如铁、镁）的反应：（1）铁丝（Fe）在氧气中燃烧：【重要实验】实验现象：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）。文字表达式：铁+氧气点燃→四氧化三铁符号表达式：Fe+O₂点燃→Fe₃O₄注意事项：①预先在集气瓶底部放少量水或铺一层细沙，目的是防止高温熔化物溅落炸裂瓶底。②将铁丝绕成螺旋状，目的是增大受热面积，提高局部温度。③铁丝下端系一根火柴，目的是引燃铁丝。④待火柴即将燃尽时，再将铁丝伸入集气瓶中，以免火柴燃烧消耗过多氧气，影响实验效果。（2）镁条（Mg）在空气中燃烧：实验现象：发出耀眼的白光，放出热量，生成一种白色固体（氧化镁，MgO）。文字表达式：镁+氧气点燃→氧化镁符号表达式：Mg+O₂点燃→MgO2.与非金属（如碳、硫、磷）的反应：（1）木炭（C）在氧气中燃烧：实验现象：剧烈燃烧，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）。文字表达式：碳+氧气点燃→二氧化碳符号表达式：C+O₂点燃→CO₂（2）硫磺（S）在氧气中燃烧：实验现象：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）。文字表达式：硫+氧气点燃→二氧化硫符号表达式：S+O₂点燃→SO₂注意事项：集气瓶底部要预先放少量水，目的是吸收生成的二氧化硫，防止污染空气。（3）红磷（P）在氧气中燃烧：实验现象：剧烈燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷，P₂O₅），放出热量。文字表达式：磷+氧气点燃→五氧化二磷符号表达式：P+O₂点燃→P₂O₅3.与某些化合物（如蜡烛）的反应：蜡烛（主要成分是石蜡，含C、H）在氧气中燃烧：实验现象：燃烧得更旺，发出白光，放出热量，集气瓶内壁有水雾出现，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。文字表达式：石蜡+氧气点燃→二氧化碳+水（三）化合反应与氧化反应【重要概念】1.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”，是基本反应类型之一。例如：S+O₂点燃→SO₂。2.氧化反应：物质与氧（包括氧气）发生的反应。氧气在氧化反应中提供氧，具有氧化性。例如：铁生锈、食物腐烂等都属于缓慢氧化，是氧化反应的一种。3.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（如石蜡+氧气→二氧化碳+水，生成物是两种）。有氧气参加的化合反应，同时也是氧化反应。（四）氧气的工业制法【了解】工业上采用分离液态空气法来制取大量氧气。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℃）。在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后升温。由于液氮的沸点较低，会先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液氧。此过程属于物理变化。（五）氧气的实验室制法【核心必备】【高频考点】【实验探究】实验室常采用加热高锰酸钾（KMnO₄）、分解过氧化氢（H₂O₂）或加热氯酸钾（KClO₃）的方法制取氧气。1.加热高锰酸钾法：（1）反应原理：高锰酸钾加热→锰酸钾+二氧化锰+氧气（2）符号表达式：KMnO₄加热→K₂MnO₄+MnO₂+O₂（3）实验装置：固体加热型（试管口略向下倾斜，导管口配单孔橡胶塞）。（4）实验步骤（可谐音记忆为“茶庄定点收利息”）：（1）查：检查装置的气密性。（2）装：将高锰酸钾装入试管（在试管口放一团棉花）。（3）定：将试管固定在铁架台上。（4）点：点燃酒精灯加热（先预热，后集中药品部位加热）。（5）收：用排水法收集氧气（当导管口气泡连续均匀冒出时开始收集）。（6）离：收集完毕后，先将导管撤离出水面。（7）熄：熄灭酒精灯。（5）注意事项：①试管口要略向下倾斜：防止冷凝水倒流，使试管炸裂。②试管口塞一团棉花：防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管。③用排水法收集时，为什么刚开始冒出的气泡不宜收集？因为排出的是装置内的空气，会导致收集的氧气不纯。④实验结束时，为什么要先撤导管，后熄灭酒精灯？防止水槽中的水倒吸进入热的试管，使试管炸裂。2.分解过氧化氢溶液法：（1）反应原理：过氧化氢二氧化锰→水+氧气（2）符号表达式：H₂O₂MnO₂→H₂O+O₂（3）实验装置：固液常温型（锥形瓶或试管，长颈漏斗或分液漏斗）。（4）催化剂与催化作用【难点辨析】：★催化剂（又叫触媒）：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。理解要点：“一变两不变”。“一变”是指改变反应速率（加快或减慢）；“两不变”是指反应前后质量和化学性质不变。二氧化锰（MnO₂）在此反应中是催化剂，起催化作用。注意：二氧化锰并非专用于此反应，也并非所有反应的催化剂，且其用量不影响最终生成物的质量。3.加热氯酸钾与二氧化锰混合物法：（1）反应原理：氯酸钾二氧化锰加热→氯化钾+氧气（2）符号表达式：KClO₃MnO₂加热→KCl+O₂（3）实验装置：同高锰酸钾法（固体加热型）。（4）二氧化锰的作用：同样是催化剂。4.收集方法：（1）排水法：因为氧气不易溶于水。优点是收集的气体较纯净。（2）向上排空气法：因为氧气的密度比空气略大。优点是收集的气体较干燥。5.验满方法：（1）排水法：当集气瓶口有大气泡冒出时，证明已满。（2）向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。6.检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，证明该气体是氧气。三、氮气与稀有气体（一）氮气的循环与固定氮气是空气中含量最多的气体，它通过生物固氮（如豆科植物的根瘤菌）、高能固氮（闪电）和工业固氮（合成氨）等方式，从游离态转化为化合态，参与自然界的氮循环，对维持生态平衡至关重要。（二）稀有气体的特性与应用拓展稀有气体除了作为保护气和电光源外，在现代科技中应用广泛。例如，氦气因其低密度和不易燃的特性，常用于飞船和广告气球充填；液氦是目前获得超低温（接近绝对零度）最常用的制冷剂；氖气可用于制造霓虹灯；氪气和氙气可用于制造高强度照明灯和闪光灯，以及用于激光技术。四、空气污染与保护（一）空气污染物及其来源【高频考点】【社会热点】1.主要污染物：（1）有害气体：包括二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）等。（2）可吸入颗粒物：如PM10、PM2.5（细颗粒物），是形成雾霾天气的主要原因。2.主要来源：（1）工业污染：工厂排放的废气。（2）生活污染：生活燃煤、垃圾焚烧等。（3）交通污染：汽车、飞机、船舶等交通工具排放的尾气（主要含CO、NO₂、碳氢化合物等）。（4）自然污染：火山爆发、森林火灾、沙尘暴等。（二）空气污染的危害1.危害人体健康：引起呼吸道疾病、心血管疾病，甚至致癌。2.破坏生态环境：形成酸雨（主要元凶是SO₂和NO₂），使土壤酸化、水体酸化、腐蚀建筑物和文物古迹；破坏臭氧层（主要是氟利昂等物质），导致紫外线增强；引起全球气候变暖（温室效应，主要与CO₂、甲烷等温室气体有关）。（三）空气污染防治措施【重要】1.加强大气质量监测，及时掌握空气质量状况。2.减少污染物的排放：如使用清洁能源（太阳能、风能、氢能等），改善燃煤质量，对工厂废气进行净化处理后排放。3.提倡绿色出行，减少汽车尾气排放，推广使用新能源汽车。4.大力植树造林，种草，增加绿化面积，利用植物的光合作用吸收CO₂，净化空气。（四）空气质量日报空气质量日报的主要内容包括：空气污染指数、首要污染物、空气质量级别和空气质量状况。空气污染指数是将常规监测的几种空气污染物（如SO₂、NO₂、PM10、PM2.5、CO、O₃等）的浓度简化成为单一的数值形式，并分级表示空气污染程度和空气质量状况。指数越小，空气质量越好。五、纯净物与混合物（一）概念辨析【核心基础】1.纯净物：由一种物质组成。可以用专门的化学符号表示（如O₂、N₂、CO₂、H₂O等）。有固定的组成和性质（如固定的熔沸点）。2.混合物：由两种或多种物质混合而成。没有固定的组成，各成分保持各自原有的性质（如空气、溶液、合金等）。（二）典型实例判断【高频考点】1.属于纯净物的：氧气、氮气、二氧化碳、冰水混合物（注意：冰和水是同种物质的不同状态，因此是纯净物）、五氧化二磷、四氧化三铁、高锰酸钾、过氧化氢溶液中的溶质（但“过氧化氢溶液”本身是混合物）。2.属于混合物的：空气、澄清石灰水（含Ca(OH)₂和水）、自来水、矿泉水、食醋、碘酒、合金（如生铁、钢）、稀有气体（含多种气体）。六、本单元核心化学思想与方法（一）守恒思想的应用在测定空气中氧气含量的实验中，体现了质量守恒与体积守恒的思想。反应消耗的气体体积，最终由液体体积来填充，从而定量得出结果。（二）控制变量与对比实验在研究催化剂对过氧化氢分解速率的影响时，需要通过对比实验（如一组加MnO₂，一组不加）来观察反应速率的差异，从而得出MnO₂具有加快反应速率的催化作用。（三）性质决定用途，用途反映性质这是化学学科的基本观念。例如，氧气能供给呼吸和支持燃烧（性质），决定了它可以用于医疗急救和炼钢（用途）；氮气化学性质稳定（性质），决定了它可以作保护气（用途）。七、高频考点与易错点剖析（一）常见题型与考向1.选择题：主要考查空气的成分、各成分的用途、纯净物与混合物的判断、氧气化学性质的实验现象、催化剂概念的理解等。2.填空题与简答题：主要考查空气中氧气含量测定的实验原理、现象、误差分析；实验室制取氧气的原理、装置、步骤、收集与验满方法；空气污染的来源与防治措施。3.实验探究题：以氧气性质或制法为背景，设计探究实验，考查学生的实验设计、现象分析和结论归纳能力，尤其是催化剂作用的探究。（二）易错点归纳【难点辨析】1.混淆“体积分数”与“质量分数”：空气中各成分的含量指的是体积分数，而非质量分数。2.误认为空气中氧气含量测定实验中，红磷燃烧产生的“白烟”是