初中九年级化学 空气是一种宝贵的资源（第2课时）知识清单

初中九年级化学空气是一种宝贵的资源（第2课时）知识清单一、空气的组成与定性、定量分析（一）空气的成分及体积分数（基础、必背）空气是由多种成分组成的混合物，其各成分在空气中的体积分数保持相对稳定。这是学习空气资源性质与用途的基础。1.氮气（N₂）：约占空气总体积的78%。是空气中含量最多的物质。2.氧气（O₂）：约占空气总体积的21%。是空气中支持燃烧和供给呼吸的关键成分。3.稀有气体（氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe等）：约占空气总体积的0.94%。化学性质极不活泼，曾被称为“惰性气体”。4.二氧化碳（CO₂）：约占空气总体积的0.03%。是植物光合作用的原料，对地球保温有重要作用。5.其他气体和杂质（如水蒸气、尘埃等）：约占0.03%。其含量会随地域和天气状况发生改变。（二）空气中氧气含量的测定实验（高频考点、难点、实验探究核心）此实验是理解空气组成和氮气性质的关键，也是中考实验探究题的经典模型。1.实验原理：【重要】利用红磷（或白磷）在密闭容器中燃烧，消耗掉其中的氧气，生成五氧化二磷固体，使容器内气体体积减少、压强降低。在大气压的作用下，烧杯中的水被压入容器内，进入容器内水的体积，即为被消耗的氧气的体积。2.实验装置：集气瓶、橡胶塞（带燃烧匙和导管）、烧杯、弹簧夹。导管一端穿过橡胶塞，另一端浸入烧杯的水中。集气瓶内预先加入少量水，并将水面上方的容积划分为5等份。3.实验药品：红磷（足量）、水。4.实验步骤（重点记忆）：[1]检查装置的气密性。[2]在集气瓶中装入少量水，并将水面上方空间分为5等份，做好标记。[3]在燃烧匙内装入足量红磷，在酒精灯上加热至燃烧，迅速伸入集气瓶中，并立即塞紧瓶塞。[4]待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。5.实验现象（★重要）：[1]红磷剧烈燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒），放出大量热。[2]冷却至室温，打开弹簧夹后，烧杯中的水被吸入集气瓶中。[3]集气瓶内水面上升，进入的水的体积约占瓶内原空气总体积（水面以上部分）的1/5。6.实验结论：[1]氧气约占空气总体积的1/5。[2]剩余气体（主要是氮气）具有不支持燃烧、难溶于水的性质。7.误差分析（难点、必考）：（1）测定结果小于1/5的原因：[1]红磷量不足，导致氧气未被完全消耗。[2]装置气密性不好，冷却过程中外界空气进入瓶内，补足了压强。[3]未冷却至室温就打开弹簧夹，此时瓶内气体受热膨胀，压强偏大，进入的水偏少。（2）测定结果大于1/5的原因：[1]点燃的红磷伸入集气瓶后，未立即塞紧瓶塞，导致瓶内部分空气受热膨胀逸出。[2]实验开始时，未夹紧弹簧夹，红磷燃烧时放热，使瓶内部分空气从导管口逸出。8.药品选择原则（拓展、深度理解）：[1]所选物质必须能在空气中燃烧（或与氧气反应），且只能与氧气反应。[2]反应的生成物应为固体（或极易被吸收的液体），不能是气体。若生成气体，则无法形成压强差。[3]替代药品分析：铜粉（在加热条件下与氧气反应生成氧化铜固体，可用于测定，但装置不同）、木炭（生成二氧化碳气体，需用氢氧化钠溶液吸收才可替代）、硫粉（生成二氧化硫气体，需用碱液吸收）、铁丝（在空气中不燃烧，不可用）。9.装置改进与创新（热点）：各种改进装置（如利用放大镜聚焦太阳光点燃、利用电热棒点燃、利用注射器测量等）的核心思想都是为了保证装置的气密性更佳、操作更简便、测量更精准。无论装置如何变化，其原理“消耗氧气，引起压强变化”是不变的。二、氧气（O₂）的性质与用途（性质决定用途，用途反映性质）（一）氧气的物理性质（基础）1.通常情况下，氧气是一种无色、无味的气体。2.密度：标准状况下，密度为1.429g/L，比空气（1.293g/L）略大。这是收集氧气时可用向上排空气法的主要依据。3.溶解性：不易溶于水（1L水中约能溶解30mL氧气）。这是收集氧气时可用排水集气法的主要依据。4.三态变化：在一定条件下，氧气可变为淡蓝色液体（液态氧）或淡蓝色雪花状固体（固态氧）。（二）氧气的化学性质（核心、热点、实验基础）氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有氧化性（助燃性），能支持燃烧，是常用的氧化剂。1.与非金属单质的反应：[1]与木炭（碳）反应：剧烈燃烧，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]与硫反应：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（【注意】实验时集气瓶底部要放少量水，用于吸收SO₂，防止污染空气。）[3]与红磷（磷）反应：产生大量白烟（五氧化二磷），放出大量热。化学方程式：4P+5O₂点燃2P₂O₅[4]与氢气反应：产生淡蓝色火焰，生成水。化学方程式：2H₂+O₂点燃2H₂O2.与金属单质的反应：[1]与铁反应：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（【非常重要】实验前，集气瓶底部要预先放少量水或铺一层细沙，防止高温熔化物溅落炸裂瓶底。铁丝需打磨除去表面的铁锈或油漆，并绕成螺旋状以增大受热面积，下端系一根火柴引燃。）[2]与镁反应：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量热，生成白色固体（氧化镁）。化学方程式：2Mg+O₂点燃2MgO3.与某些化合物的反应：如与一氧化碳反应生成二氧化碳，与甲烷（天然气主要成分）反应生成二氧化碳和水等。2CO+O₂点燃2CO₂CH₄+2O₂点燃CO₂+2H₂O（三）氧气的用途（基础）1.供给呼吸：用于医疗急救、潜水作业、登山运动、航空飞行等。2.支持燃烧：用于炼钢（富氧炼钢可提高炉温，加速冶炼过程）、气焊和气割（利用乙炔等在氧气中燃烧产生的高温火焰）、航天火箭助燃剂等。三、氮气（N₂）的性质与用途（重要、高频考点）（一）氮气的物理性质（基础）1.通常情况下，氮气是一种无色、无味的气体。2.密度：略小于空气。3.溶解性：难溶于水。（二）氮气的化学性质（核心考点、难点辨析）氮气的化学性质不活泼。1.稳定性：【重要】在常温下，氮气的化学性质很稳定，很难与其他物质发生反应。因此，它常被用作保护气。这也是拉瓦锡测定空气成分时，将剩余气体命名为“氮气”（源于“淡”字，意为冲淡氧气）的原因。2.支持燃烧？不支持。【辨析】通常情况下，氮气不支持燃烧，也不供给呼吸。在测定空气中氧气含量的实验中，红磷燃烧消耗氧气后，剩余气体主要是氮气，它不支持红磷继续燃烧而熄灭。3.一定条件下可以反应：【拓展】虽然常温下稳定，但在高温、高压、放电等条件下，氮气可以与某些物质发生化学反应。例如：[1]工业合成氨：N₂+3H₂高温高压、催化剂2NH₃（这是制造氮肥、硝酸的基础）。[2]镁在氮气中燃烧：3Mg+N₂点燃Mg₃N₂（生成黄色的氮化镁）。（三）氮气的用途（性质决定用途）1.作保护气：【高频考点】利用其化学性质稳定。例如：[1]食品包装袋中充入氮气，可防止食品因缓慢氧化而变质，同时还能防止包装袋被挤压。[2]灯泡中充入氮气，可延长灯丝的使用寿命。[3]焊接金属时用作保护气，防止金属在高温下被空气中的氧气氧化。2.制造氮肥和硝酸：利用其在一定条件下可以反应的性质。3.液氮作冷冻剂：利用其物理性质（沸点低，汽化时吸热）。在医疗上用于冷冻麻醉、超导材料的环境创造等。四、稀有气体的性质与用途（重要、易错点）（一）稀有气体的成员包括氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等。它们都是没有颜色、没有气味的气体。（二）稀有气体的化学性质（核心）1.极不活泼：【重点】曾被称为“惰性气体”，因为它们很难与其他物质发生化学反应。在通常情况下，稀有气体不与任何物质反应。2.在一定条件下可以反应：【拓展】随着科学的发展，发现稀有气体也能与某些物质反应，如氙可以与氟、氧等反应生成化合物。因此，现在改称为“稀有气体”更为准确。（三）稀有气体的用途（热点、生活联系）1.作保护气：利用其化学性质极不稳定的特性。例如，焊接精密仪器或制造不锈钢时用作保护气；灯泡（如白炽灯）中充入氩气，可防止灯丝氧化并延长寿命。2.制电光源：【高频考点、易错】稀有气体在通电时会发出不同颜色的光。利用这一性质，它们被用于制造多种电光源。[1]霓虹灯：充入不同气体可发出不同颜色的光。例如，氖气通电发红光，氩气通电发蓝紫色光，氦气通电发粉红色光。[2]航标灯、强照明灯：充入氙气的高压氙灯，通电时能发出比荧光灯强很多倍的亮光，被称为“人造小太阳”。3.用于激光技术：如氦氖激光器。4.冷却剂：液氦蒸发时吸收大量热，温度可降至接近绝对零度（273℃），是制造超导材料时极其重要的冷却剂。5.医疗上：氙气可用于深度麻醉。五、空气的污染与防治（社会责任、环保意识、生活常识）（一）空气污染物（基础、常识）计入《环境空气质量标准》的污染物主要包括两类：1.有害气体：【重要】主要包括二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）等。2.可吸入颗粒物：【重要】如PM10（可吸入颗粒物，直径≤10μm）、PM2.5（细颗粒物，直径≤2.5μm），以及总悬浮颗粒物（TSP）等。PM2.5因其粒径小、比表面积大、易附带有毒有害物质、在大气中停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量影响更大，是当前重点监测的指标。（二）空气污染的来源（原因分析）1.化石燃料的燃烧：煤、石油等燃烧产生大量SO₂、NO₂和烟尘。这是最主要的污染源。2.工业废气和汽车尾气的排放：工厂排放的废气，以及汽车、飞机等交通工具尾气中含有大量CO、NO₂、碳氢化合物和颗粒物。3.地面扬尘：建筑工地、道路扬尘、沙尘暴等增加了空气中的可吸入颗粒物。（三）空气污染的危害（后果）1.危害人体健康：引发呼吸道疾病、心血管疾病，甚至致癌。2.破坏生态环境：形成酸雨（pH<5.6的雨水，主要由SO₂和NO₂转化而来），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的排放，使臭氧层空洞，紫外线增强）。3.影响全球气候：二氧化碳等温室气体增多导致全球气候变暖；颗粒物增多可能影响太阳辐射，改变局部气候。（四）空气污染的防治措施（行动策略）1.源头控制：改善能源结构，开发和使用清洁能源（如太阳能、风能、氢能、核能）；对化石燃料进行脱硫处理；改进燃烧方式，提高燃烧效率。2.尾气净化：工厂安装废气净化装置；汽车安装尾气催化净化装置，使有害气体转化为无害物质（如一氧化碳转化为二氧化碳，氮氧化物转化为氮气）。3.减少排放：植树造林，绿化环境，植物能吸附部分粉尘和有害气体；提倡低碳生活，绿色出行，减少私家车使用。4.加强监测：建立空气质量监测网络，及时发布空气质量指数（AQI），提醒公众做好防护。六、核心概念与思维方法总结（一）性质与用途的辩证关系（重要解题思想）物质的性质决定其用途，用途反过来反映物质的性质。1.氧气能供给呼吸和支持燃烧（化学性质），因此用于医疗和炼钢。2.氮气和稀有气体化学性质稳定，因此用作保护气。3.稀有气体通电时能发出不同颜色的光（物理性质），因此用于制造电光源。4.液氮和液氦汽化吸热（物理性质），因此用作制冷剂。（二）混合物与纯净物的辨析（基础概念巩固）1.空气是典型的混合物，因为其中含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等多种成分。2.氮气、氧气、二氧化碳、稀有气体（如单独取出的氦气）等是纯净物。但“稀有气体”作为一个整体概念提及（如空气中含有稀有气体）时，指的是混合物。（三）氧化反应与化合反应（概念辨析、难点）1.氧化反应：【重要】物质与氧气发生的反应（属于化学性质中的氧化性）。它不属于基本反应类型，是特征反应方式。如钢铁生锈、食物腐败等缓慢进行的氧化反应叫缓慢氧化。2.化合反应：由两种或两种以上物质生成另一种物质的反应（多变一）。是基本反应类型之一。3.关系：两者是交叉关系。如硫+氧气→二氧化硫，既是氧化反应又是化合反应。但石蜡+氧气→二氧化碳+水，是氧化反应但不是化合反应。七、考点、考向与解题策略（一）常见题型与考查方式1.选择题：考查空气成分、含量、污染物的判断、物质的性质与用途对应关系、实验现象描述的正误、误差分析等。2.填空题：考查空气成分填空、化学方程式书写、用途选择、污染原因及防治措施等。3.实验探究题：主要以测定空气中氧气含量的实验为载体，考查实验原理、步骤、现象、误差分析、装置改进、药品替代分析等。4.简答题：考查性质与用途的关系，或者针对某一环境问题提出防治建议。（二）解题步骤与答题要点1.对于成分含量题：【易错点】注意看清是“体积分数”还是“质量分数”，通常无特殊说明指体积分数。答案要准确（78%、21%、0.94%）。2.对于性质与用途题：【解题步骤】先分析用途依赖的是物质的什么性质，再判断该性质是物理性质还是化学性质，最后与选项匹配。3.对于实验现象描述题：【答题要点】“烟”与“雾”的区别：“烟”是固体小颗粒（如红磷燃烧产生的五氧化二磷）；“雾”是液体小液滴（如打开浓盐酸瓶塞看到的白雾）。不能说出生成物的名称（如不能说“生成二氧化碳”，应说“生成能使澄清石灰水变浑浊的气体”）。4.对于实验误差分析题：【解题步骤】[1]回忆实验原理（消耗氧气，压强减小）。[2]判断操作影响了哪一环节（氧气消耗量、气体体积变化、压强平衡）。[3]根据影响推理结果（偏大或偏小）。5.对于污染与防治题：【答题要点】措施要有针对性、可行性，符合实际（如“减少汽车尾气排放”比“禁止开车”更科学）。（三）易错点与陷阱警示1.陷阱一：误认为稀有气体绝对不反应。正确认识是“很难反应”，有“惰性”，但并非绝对。2.陷阱二：混淆氮气不支持燃烧和氮气本身不燃烧。氮气不支持燃烧，是指它不能帮助其他物质燃烧；在常温下它自身也不燃烧，性质稳定。3.陷阱三：对“烟”和“雾”描述不清。红磷燃烧是“产生大量白烟”，不是“白雾”。4.陷阱四：忽视实验细节。如测定氧气含量实验中，红磷必须“足量”，集气瓶必须“冷却至室温”再打开弹簧夹。5.陷阱五：错误判断基本反应类型。化合反应必须符合“多变一”，有氧气参加的反应不一定是化合反应（如