初中化学九年级上册 氧气性质与应用 知识清单

初中化学九年级上册氧气性质与应用知识清单一、氧气的物理性质（一）【基础】标准状况下的状态与颜色：在标准状况（0℃，101.325kPa）下，氧气是一种无色、无味的气体。这是氧气最常见的物理形态，也是我们对其最直观的认知。需要注意的是，当氧气转化为液态或固态时，颜色会发生变化，液态氧为淡蓝色，固态氧也是淡蓝色晶体。（二）【基础】溶解性：氧气不易溶于水。在常温下（20℃，1标准大气压），1升水中大约只能溶解30毫升的氧气。这一性质对水生生物的生存至关重要，水生生物正是依靠水中溶解的微量氧气进行呼吸。同时，这也是实验室能否采用排水法收集氧气的重要判断依据。（三）【基础】密度：标准状况下，氧气的密度为1.429g/L，略大于空气的密度（1.293g/L）。这一性质决定了氧气在空气中沉降的趋势，也解释了为什么收集氧气时可以采用向上排空气法。在储存和运输氧气时，通常将其加压压缩在钢瓶中，此时钢瓶内是气态氧，但压力很高。（四）【重要】三态变化：氧气在一定的温度和压力下可以发生三态变化。在101.325kPa下，氧气在183℃时液化为淡蓝色的液体，在218.8℃时凝固成淡蓝色的雪花状固体。工业上大规模制取氧气正是利用了液态氧和液态氮的沸点不同，通过分离液态空气的方法实现的。二、氧气的化学性质（一）【核心本质】助燃性：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，其核心化学性质表现为助燃性，即它能支持燃烧。但它本身并不燃烧。这里必须厘清“燃烧”的概念：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。氧气在这一过程中扮演的是“氧化剂”的角色，它本身被还原。（二）【高频考点】与非金属单质的反应1、与木炭（碳）的反应：实验现象：在空气中加热木炭，只能出现红热状态，持续灼烧。当将红热的木炭伸入盛有氧气的集气瓶中时，会剧烈燃烧，发出【白光】，放出大量的热，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体。反应的化学方程式为：C+O₂点燃CO₂。这一反应证明了氧气能支持燃烧，且反应产物为二氧化碳。2、与硫的反应：实验现象：硫粉在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，而在纯净的氧气中则燃烧得更旺，发出明亮的【蓝紫色火焰】，同时生成一种具有刺激性气味的气体，并放出热量。该气体是二氧化硫。反应的化学方程式为：S+O₂点燃SO₂。二氧化硫是大气的主要污染物之一，是形成酸雨的元凶。实验时，集气瓶底部通常会预留一些水，目的是吸收二氧化硫，减少对空气的污染。3、与红磷（白磷）的反应：实验现象：红磷在空气中燃烧，发出黄白色光，冒出大量的白烟，放出热量。在氧气中燃烧更加剧烈。反应的化学方程式为：4P+5O₂点燃2P₂O₅。生成的P₂O₅是白色固体，极易溶于水，现象中看到的“白烟”就是五氧化二磷的固体小颗粒。这一反应常被用于测定空气中氧气含量的实验。（三）【高频考点】与金属单质的反应1、【重要】与铁的反应：实验现象：将细铁丝绕成螺旋状，一端系在一根火柴梗上，另一端系在一根玻璃棒上。点燃火柴，待火柴梗即将燃尽时，将铁丝伸入盛有氧气的集气瓶中（瓶底预先放少量水或铺一层细沙）。观察到铁丝【剧烈燃烧，火星四射】，放出大量的热，生成一种【黑色固体】。反应的化学方程式为：3Fe+2O₂点燃Fe₃O₄。集气瓶底放少量水或细沙的目的是防止高温熔化物溅落，炸裂瓶底。2、与镁的反应：实验现象：镁条在空气中剧烈燃烧，发出【耀眼的白光】，放出大量的热，生成一种白色固体（氧化镁），同时伴有少量白烟（可能为氮化镁）。反应的化学方程式为：2Mg+O₂点燃2MgO。该反应常被用于烟花、照明弹的制作。3、与铜的反应：实验现象：红色的铜片在空气中加热，表面逐渐变为黑色。反应的化学方程式为：2Cu+O₂△2CuO。该反应常用于除去混合气体中的氧气，或在测定空气中氧气含量的改进实验中。（四）【基础】与某些化合物的反应1、与一氧化碳的反应：一氧化碳在氧气中燃烧，发出蓝色火焰，生成二氧化碳。2CO+O₂点燃2CO₂。这是煤气、天然气等燃料燃烧的主要反应之一。2、与甲烷的反应：甲烷在氧气中充分燃烧，产生明亮的蓝色火焰，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。CH₄+2O₂点燃CO₂+2H₂O。这是天然气燃烧的主要反应。3、与乙醇的反应：乙醇在氧气中充分燃烧，产生淡蓝色火焰，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。C₂H₅OH+3O₂点燃2CO₂+3H₂O。这是酒精灯燃烧的主要反应。（五）【难点】氧化反应与缓慢氧化1、氧化反应：物质与氧气发生的反应属于氧化反应。在上述所有反应中，氧气都提供了氧，表现了氧化性。2、燃烧：剧烈的、发光发热的氧化反应。3、缓慢氧化：有些氧化反应进行得非常缓慢，甚至不易察觉，称为缓慢氧化。例如：铁生锈（铁与氧气、水共同作用）、食物的腐败、动植物呼吸、塑料和橡胶制品的老化等。缓慢氧化也放出热量，如果产生的热量不能及时散失，积累到一定程度，可能引发自燃（如白磷自燃）。三、氧气的实验室制法（一）【高频考点】药品选择与反应原理1、加热高锰酸钾法：药品：暗紫色固体高锰酸钾。反应原理：高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。化学方程式：2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑。2、【热点】分解过氧化氢法：药品：无色液体过氧化氢（俗名双氧水）和黑色固体二氧化锰。反应原理：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下，迅速分解生成水和氧气。化学方程式：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑。二氧化锰在此反应中起催化作用，其质量和化学性质在反应前后均不改变。3、加热氯酸钾法：药品：白色固体氯酸钾和黑色固体二氧化锰。反应原理：氯酸钾在二氧化锰的催化作用下，加热分解生成氯化钾和氧气。化学方程式：2KClO₃MnO₂△2KCl+3O₂↑。二氧化锰同样起催化作用。（二）【重要】实验装置与选择依据1、【非常重要】发生装置的选择依据：反应物状态和反应条件。2、固固加热型：适用于高锰酸钾制氧气、氯酸钾制氧气。主要仪器：试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）、带导管的单孔橡皮塞。3、固液不加热型：适用于过氧化氢制氧气。主要仪器：锥形瓶（或广口瓶、试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡皮塞、铁架台。长颈漏斗的下端管口必须液封，形成液封以防止生成的氧气从漏斗口逸出。分液漏斗可以控制液体滴加速率，进而控制反应速率。（三）【核心考点】收集装置的选择依据与操作方法1、收集装置的选择依据：气体的密度、水溶性以及是否与水反应。2、排水集气法：因为氧气不易溶于水，且不与水反应。优点：收集到的气体较纯净。缺点：气体中含有水蒸气。操作时，集气瓶充满水，倒扣在水槽中，导管口有连续均匀气泡冒出时再开始收集，待瓶口有大气泡冒出时，表明已集满。3、向上排空气法：因为氧气的密度比空气略大。优点：收集到的气体较干燥。缺点：纯度不高。操作时，导管应伸入集气瓶底部，便于排尽空气。验满方法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。（四）【难点与易错点】高锰酸钾制氧气的实验步骤与注意事项1、查：检查装置气密性。将导管一端放入水中，双手紧握试管，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。试管口应放一小团棉花，目的是防止加热时高锰酸钾粉末随气流进入导管，堵塞导管。3、定：固定装置。试管口要略向下倾斜，目的是防止冷凝水回流到热的试管底部，使试管炸裂。铁夹夹在试管的中上部。4、点：点燃酒精灯。先预热，然后对准药品部位集中加热。5、收：收集气体。当导管口有连续均匀气泡冒出时，开始用排水法收集。因为开始排出的气泡主要是空气。6、离：收集完毕后，先将导管撤离出水面。7、熄：再熄灭酒精灯。操作顺序不可颠倒，否则水槽中的水会倒吸入试管，导致试管炸裂。记忆口诀：茶庄定点收利息（查装定点收离熄）。四、氧气的工业制法（一）【基础】分离液态空气法1、原理：利用液态空气中各成分的沸点不同。氮气的沸点196℃，氧气的沸点183℃。在加压、降温的条件下，使空气转变为液态。然后升高温度，液态氮沸点低，先气化从液态空气中分离出来，剩下的主要是淡蓝色的液态氧。2、变化类型：该过程属于物理变化，因为并没有新物质生成，只是利用了沸点差异将氧气从空气中分离出来。五、氧气的用途（一）【基础】供给呼吸1、医疗急救：用于抢救危重病人，在缺氧环境下（如高原、深海、太空）提供呼吸支持。2、登山、潜水：登山运动员、潜水员携带氧气瓶，以补充环境中氧气的不足。3、动植物呼吸：一切好氧生物的呼吸作用都需要氧气。（二）【基础】支持燃烧1、炼钢：在炼钢过程中，向炉内吹入高纯度氧气，可以加速氧化反应，除去生铁中的过量碳及其他杂质，提高钢的质量。2、气焊与气割：利用乙炔（或氢气、煤气）在氧气中燃烧产生的氧炔焰（温度可达3000℃以上）来焊接或切割金属。3、航天火箭：火箭发动机中，携带的液氢作为燃料，液氧作为氧化剂，二者剧烈燃烧产生巨大推力，将火箭送入太空。4、富氧鼓风：在炼铁、玻璃熔制等工业中，采用富氧空气可以大大提高燃烧效率，节约能源。六、核心概念辨析与重要考点（一）【非常重要】催化剂与催化作用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催化剂（又叫触媒）。催化剂在反应中所起的作用叫催化作用。2、要点：一变两不变。一变：改变化学反应速率（可以加快，也可以减慢）。两不变：质量不变、化学性质不变。3、注意：催化剂不能改变生成物的质量，也不能使原本不能发生的反应发生。对于一个具体的反应，催化剂有选择性。同一反应可能有多种催化剂，同一物质在不同反应中可能扮演不同角色。（二）【重要】化合反应与氧化反应的关系...、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：多变一。表达式：A+B+...→C。2、氧化反应：物质与氧（包括氧气）发生的反应。3、关系：两者是交叉关系。有氧化反应属于化合反应，如硫在氧气中燃烧生成二氧化硫（S+O₂点燃SO₂）。有化合反应不属于氧化反应，如氧化钙与水反应生成氢氧化钙（CaO+H₂O=Ca(OH)₂）。有氧化反应不属于化合反应，如甲烷燃烧生成二氧化碳和水（CH₄+2O₂点燃CO₂+2H₂O）。判断时，必须依据定义分别进行。（三）【高频考点】燃烧与缓慢氧化的异同1、相同点：都属于氧化反应，都放出热量。2、不同点：燃烧是剧烈的、发光发热的氧化反应；缓慢氧化进行得很慢，甚至不易察觉，不发光，只放热。七、常见题型与解题策略（一）实验探究题1、【考向】这类题目通常以氧气的实验室制法或性质实验为背景，考查仪器的名称、装置的连接、实验的步骤、现象的描述、方程式的书写以及异常情况的分析。2、【解题步骤】3、第一步：明确实验目的。是制取氧气，还是探究性质？4、第二步：判断反应类型。根据反应物状态和条件，选择或评价发生装置。5、第三步：根据气体性质，选择或评价收集装置。6、第四步：回归实验原理。准确写出化学方程式。7、第五步：针对操作细节提问。如高锰酸钾制氧气试管口为何要放棉花？铁丝燃烧实验为何要放水？等等。（二）物质推断题1、【考向】以氧气为核心，构建物质间的转化关系，如无色液体A与黑色固体B混合生成无色气体C，C能使带火星木条复燃，C与红色金属D加热生成黑色固体E等。要求学生推断出各物质。2、【解题策略】抓特征现象。如能使带火星木条复燃是氧气的特有性质；铁丝在氧气中燃烧火星四射；红色固体铜与氧气反应生成黑色氧化铜；淡黄色粉末硫燃烧生成有刺激性气味的气体等。（三）选择题与填空题1、【易错点1】误认为氧气具有可燃性。氧气只能支持燃烧，本身不燃烧。2、【易错点2】混淆实验现象与实验结论。如描述硫在氧气中燃烧的现象，只能说“发出蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体”，而不能说“生成二氧化硫”，因为二氧化硫是结论，不是直接观察到的现象。3、【易错点3】对催化剂概念理解不清。认为催化剂能增加生成物的质量，或认为二氧化锰是所有反应的催化剂。催化剂只能改变反应速率，不影响产物的量，且具有专一性。4、【易错点4】工业制氧气的原理不清。常误以为工业制氧气是化学变化。分离液态空气法是根据沸点不同进行分离，是物理变化。八、单元知识整合与学科素养提升（一）宏微结合视角1、从宏观上看，氧气是一种无色无味的气体，能与多种物质发生剧烈的氧化反应。2、从微观上看，氧气是由氧分子（O₂）构成的。在化学变化中，氧分子分解成氧原子，氧原子与其它物质的原子重新组合，生成新的分子或物质。例如，铁与氧气反应，实际上是铁原子和氧原子重新组合成四氧化三铁（Fe₃O₄）的过程。这种宏微结合的思想是化学学科的核心素养之一。（二）变化与守恒思想1、在氧气的相关反应中，均遵循质