九年级化学（北京版2024）上册 第二单元 空气之谜 知识清单

九年级化学（北京版2024）上册第二单元空气之谜知识清单第二节空气的组成与应用第2课时空气资源的深度利用与环境监测【核心素养导航】【重要】本课时将在掌握空气组成的基础上，从“物质的性质决定用途”这一核心化学观念出发，深入探讨氧气、氮气、稀有气体等空气成分的性质及其在生活和生产中的广泛应用，建立“空气是重要资源”的意识。同时，引入空气质量监测体系，理解人类活动对环境的影响，培养“科学态度与社会责任”，并能初步运用化学知识解释和解决与空气质量相关的实际问题。【高频考点】这一部分内容紧密联系实际，是中考中“性质与用途对应”、“环境保护”等题型的命题热点。【知识精讲与考点透析】一、空气成分的综合应用（一）氧气（O2）的性质与应用深度剖析1.物理性质【基础】：在标准状况下，氧气是无色、无臭、无味的气体，密度比空气略大（1.429g/L），不易溶于水（30mL/1L水）。有三态变化，加压降温后可变成淡蓝色液体或淡蓝色雪花状固体。2.化学性质【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），能支持燃烧，并能与许多物质发生氧化反应。注意：氧气本身不能燃烧，没有可燃性，这是解题中的【易错点】。3.主要用途（性质决定用途）【高频考点】：（1）供给呼吸：这是氧气最重要的用途之一。用于医疗急救（如急救病人、高压氧舱）、潜水作业（携带氧气瓶）、登山运动（补充缺氧）、航空航天（宇航员生命保障）等。【考点】常以生活情境考查氧气的这一用途。（2）支持燃烧：利用其助燃性。（3）钢铁冶炼：富氧鼓风可以提高炉温，加速冶炼过程。（4）氧炔焰：利用乙炔（C2H2）在氧气中燃烧产生的高温火焰（约3000℃）来焊接或切割金属。（5）液氧炸药：液氧与木炭、木屑等可燃物混合，可用作开山采矿的炸药。（6）航天推进剂：作为火箭发动机的氧化剂，与液态氢等燃料反应，产生巨大推力。（二）氮气（N2）的性质与应用深度剖析1.物理性质【基础】：在标准状况下，氮气是无色、无臭、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。2.化学性质【重要】：（1）稳定性：氮气的化学性质不活泼，在常温下很难与其他物质发生反应。这种稳定性是其众多用途的根源。（2）特定条件下的反应：在高温、高压、放电等条件下，氮气也能与某些物质反应，如与氢气合成氨（工业制氮肥的基础），与镁等活泼金属反应生成氮化物。3.主要用途（性质决定用途）【高频考点】：（1）作保护气：利用其化学性质不活泼的特点。（2）食品防腐：食品包装袋中充入氮气，可隔绝氧气，防止食品缓慢氧化而变质，同时也能防止包装袋被挤压【重要】。（3）灯泡填充气：填充在白炽灯泡中，可以减慢钨丝的升华速率，延长灯泡寿命。（4）焊接金属保护气：在金属焊接时，充入氮气可以防止金属在高温下被空气氧化。（5）文物保存：在博物馆的珍品柜中充入氮气，可以保护字画、古籍等免受氧化和虫蛀。（6）制造氮肥和硝酸：氮气是工业上合成氨（NH3）的主要原料，进而制造尿素、碳铵等氮肥，以及重要的化工原料硝酸。（7）医疗冷冻：液氮（沸点196℃）汽化时吸收大量热，可用于冷冻麻醉、超导材料冷却、以及冷冻保存生物样本（如精子、胚胎、菌种）等。（三）稀有气体的性质与应用深度剖析1.组成与存在【基础】：稀有气体是氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等气体的总称。它们是空气的组成成分，因在空气中含量稀少而得名（过去也叫“惰性气体”）。2.物理性质【基础】：都是无色、无臭、无味的气体，难溶于水。3.化学性质【非常重要】：极不活泼，过去被认为“惰性”，一般不与其它物质发生化学反应。这是因为它们的原子结构最外层均达到稳定结构（氦为2个，其余为8个）。【难点】但在特定条件下（如强放电、紫外线照射），有些稀有气体也能与氟、氧等发生反应，生成少数化合物，如XeF2、XeF4等，因此现在改称“稀有气体”更为准确。4.主要用途（性质决定用途）【高频考点】：（1）作保护气：利用其极不活泼的性质。例如，焊接精密金属（如镁、铝）时用作保护气；填充灯泡（如氩气）防止灯丝氧化。（2）制造电光源【热点】：稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，因此被广泛用于制造霓虹灯。（3）氖气：通电发出红橙色光，穿透力强，能穿透浓雾，常用于机场、港口、水陆交通线的航标灯。（4）氩气：通电发出蓝紫色光。（5）氦气：通电发出粉红色或红紫色光。（6）填充气球（氦气）：由于氦气的密度远小于空气，且化学性质稳定、不可燃，比易燃易爆的氢气安全得多，因此常用氦气填充探空气球、飞艇。（7）医疗麻醉（氙气）：氙气是一种无色无味的惰性气体，吸入后能起到麻醉作用，且副作用小，是一种理想的吸入性麻醉剂。（8）低温超导（液氦）：液氦可以提供接近绝对零度（273.15℃）的超低温环境，用于超导材料的研究。二、工业制取氧气——分离液态空气法1.原理【重要】：利用液态空气中各成分的沸点不同，通过物理方法进行分离。【基础】该过程属于物理变化，因为没有新物质生成。2.过程（如下图所示）【高频考点】：（1）加压降温：首先将空气除尘净化，除去二氧化碳和水蒸气，然后在加压和降温的条件下，使空气转化为液态空气。（2）蒸发分离：将液态空气升温。由于液态氮的沸点（196℃）比液态氧的沸点（183℃）低，因此氮气会先从液态空气中汽化出来，剩下的主要是液态氧。工业上为了获得高纯度的气体，这个过程通常在精馏塔中进行多次汽化和冷凝。拓展【思维拓展】：工业上也有用膜分离技术或分子筛吸附法来制取氧气，这些方法也是物理变化。三、关注空气质量——环境监测与保护（一）空气污染物及其来源1.主要污染物【高频考点】：目前，计入空气污染指数（API）或空气质量指数（AQI）的项目主要有：（1）颗粒物：包括可吸入颗粒物（PM10，粒径≤10μm）和细颗粒物（PM2.5，粒径≤2.5μm）。PM2.5因粒径小，富含大量有毒有害物质，且在大气中停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。【非常重要】（2）气态污染物：二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）。2.主要来源【重要】：（1）工业污染源：工厂排放的废气（如燃煤产生的SO2、NOx，化工厂排放的多种有害气体）。（2）交通污染源：汽车、飞机、轮船等交通工具使用的化石燃料（汽油、柴油）燃烧产生的尾气（含CO、NOx、碳氢化合物、颗粒物等）。（3）生活污染源：生活炉灶（燃煤、燃气）和采暖锅炉排放的烟气、餐饮油烟等。（4）其他来源：地面扬尘、建筑工地扬尘、垃圾焚烧、秸秆燃烧等。（二）空气污染的危害及防治【热点】1.危害：（1）危害人体健康：引起呼吸道疾病、心血管疾病、癌症等。PM2.5可深入肺部并进入血液，危害尤甚。（2）危害生态环境：导致酸雨（主要由SO2和NOx引起），使土壤酸化、水体酸化、腐蚀建筑物和古迹；破坏臭氧层（如氟利昂等）；形成光化学烟雾（主要由NOx和碳氢化合物在紫外线作用下形成），降低能见度，刺激人眼和呼吸道。（3）全球气候变化：CO2等温室气体导致全球变暖。2.防治措施：（1）调整能源结构：开发和使用清洁能源，如太阳能、风能、氢能、核能等，减少化石燃料的使用。（2）工业废气治理：对工厂排放的废气进行净化处理，达标排放（如安装脱硫、脱硝装置）。（3）汽车尾气净化：改善汽车发动机燃烧技术，使用催化净化装置（三元催化转化器）将CO、NOx、碳氢化合物转化为无害的CO2、N2和H2O；推广使用电动汽车、氢能源汽车等新能源汽车。（4）加强监测与立法：完善空气质量监测网络，实时发布空气质量信息；制定和完善环境保护法律法规，加大执法力度。（5）城市绿化：植树造林，增加绿地面积，利用植物的吸附和净化作用改善空气质量。（6）公众参与：提倡低碳生活，绿色出行，减少烟尘排放，不焚烧垃圾和秸秆等。（三）空气质量指数（AQI）【基础】空气质量指数（AQI）是一种定量、客观地描述空气质量状况的无量纲指数。它将常规监测的几种空气污染物（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3）的浓度简化成为单一的概念性数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况。【重要】AQI数值越大，级别越高，颜色越深，说明空气污染越严重，对人体健康的危害越大。四、物质的分类——纯净物与混合物【非常重要】（一）概念辨析1.纯净物：由一种物质组成。可以用专门的化学符号来表示，有固定不变的组成和性质。如：氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、水（H2O）、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。如：空气、海水、河水、矿泉水、澄清石灰水、过氧化氢溶液、稀有气体、合金（如钢）等。（二）判断方法与【易错点】1.关键看种类：判断一种物质是纯净物还是混合物，关键看它是由“一种物质”组成，还是由“多种物质”混合而成。不能与“洁净”、“澄清”等描述混淆。【易错点1】“洁净的空气”是混合物，因为空气中含有N2、O2、稀有气体、CO2等多种成分。【易错点2】“冰水混合物”是纯净物，因为冰和水都是由同一种物质——水分子（H2O）构成的，只是状态不同。【易错点3】“稀有气体”是混合物，因为它包含了氦、氖、氩等多种气体。【易错点4】“过氧化氢溶液”是混合物，它由过氧化氢（H2O2）和水（H2O）两种物质组成。【重难点突破与实验探究】探究点一：空气中氧气含量的再思考（拓展与误差分析）虽然第1课时已学过测定原理，但第2课时我们可以从“资源利用”和“环境监测”的角度进行深化理解。1.药品选择的原则【重要】（1）该物质在空气中只能与氧气反应，不能与其他成分（如氮气、二氧化碳）反应。（2）该物质与氧气反应的生成物最好是固体（如P2O5）或液体，不能是气体，否则会导致容器内压强变化不明显，无法准确测量。【难点】如果生成物是气体，则无法用该方法测定。2.误差分析深度拓展【高频考点】（1）测得结果小于1/5的原因：（2）测得结果大于1/5的原因：（3）改进实验的启示：传统的红磷燃烧法，因燃烧匙伸入集气瓶过程中会消耗少量瓶外空气、反应可能不完全、五氧化二磷有毒易扩散等，存在一定误差和环保问题。改进方向：【思维拓展】①让反应在密闭容器中进行，如利用放大镜聚焦太阳光点燃红磷，或用电阻丝通电点燃；②更换药品，如用铜粉（在加热条件下与氧气反应生成氧化铜固体）或铁粉（在潮湿条件下生锈消耗氧气）进行缓慢氧化；③使用数字化传感器（压强、氧气浓度传感器）实时监测，使结果更精确、直观。探究点二：微型空气质量“检测站”的构建（跨学科实践）【热点】【拓展】结合化学、物理、信息技术等知识，可以理解或模拟一个微型空气质量“检测站”的工作原理。1.基本原理：不同的传感器对不同污染物敏感。例如，电化学传感器通过测量污染物在电极上发生氧化还原反应产生的电流来确定其浓度；光学传感器则通过测量颗粒物对光的散射来测定PM2.5和PM10的浓度。2.核心组件：（1）传感器模块：包括PM2.5/PM10传感器、SO2传感器、NO2传感器、CO传感器、O3传感器、温湿度传感器等。（2）数据采集与处理模块：负责收集传感器信号，并将其转换为数字信号和具体的浓度值。（3）数据传输与显示模块：通过无线网络（如WiFi、4G/5G）将数据发送到云端服务器或直接显示在屏幕上，用户可通过手机APP或网页实时查看。3.实践意义：通过亲手组装和测试，不仅能加深对空气污染物及其来源的理解，还能体验科学探究的过程，培养应用多学科知识解决实际问题的能力。【高频考点、考向与解题策略】考点一：空气中各成分的性质与用途对应关系【考查方式】通常以选择题或填空题形式，给出一些用途描述，要求选择对应的物质，或判断正误。【解题步骤】1.抓关键词：从用途描述中提取关键信息，如“防腐”、“保护气”对应性质“稳定”；“航标灯”、“霓虹灯”对应“通电发光”。2.定性质：根据用途反推所需性质。3.联物质：将性质与学过的空气成分（O2、N2、稀有气体）的性质进行匹配。4.辨真伪：注意干扰项，如“氧气用作高能燃料”是错误的，氧气是助燃剂，不是燃料。【易错点】【经典例题】下列有关空气成分的说法不正确的是（）A.氮气充入食品包装袋中可起到防腐作用B.稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可制成霓虹灯C.氧气具有可燃性，可用作火箭发射的燃料D.二氧化碳不是空气污染物，但含量过多会引起温室效应D.CO析】A.氮气化学性质稳定，可作保护气防腐，正确；B.稀有气体通电发光是物理性质，用于电光源，正确；C.氧气具有助燃性，无可燃性，不能作燃料，错误；D.CO2虽未计入空气质量评价的主要污染物，但它是温室气体，说法正确。故选C。考点二：工业制取氧气的方法及原理【考查方式】以选择题或填空题形式，判断变化类型、比较沸点高低、描述过程。【解题要点】1.核心原理是沸点不同。2.发生的是物理变化。3.沸点低的物质（氮气）先汽化出来。考点三：空气污染与防治【考查方式】结合时事热点（如雾霾天气、世界环境日主题）、生活实际，考查污染物来源、危害及防治措施。常以选择题、填空题出现，也可能在探究题中作为背景材料。【解题策略】1.熟记计入AQI的主要污染物（重点是PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3），注意CO2不是污染物。2.能区分不同污染物的主要来源（工业、交通、生活）。3.能针对污染源提出合理的防治建议，强调措施的具体性和可行性。考点四：纯净物与混合物的判断【考查方式】几乎在每次考试中都会出现，通常以选择题形式，给出一些熟悉的物质名称，要求判断类别。【解答要点与【易错点】】1.概念是根本：牢牢抓住“一种物质”还是“多种物质”。2.不望文生义：切忌被“洁净”、“混合”、“合金”、“溶液”等词语迷惑。只要是由不同种物质组成的，就是混合物。3.归纳常见纯净物和混合物【非常重要】：（1）常见的纯净物：水（H2O）、蒸馏水、冰水共存物、液氧、液氮、干冰（固态CO2）、氯化钠、高锰酸钾、过氧化氢（H2O2）、铁、铜等。（2）常见的混合物：空气、自来水、矿泉水、河水、食盐水、澄清石灰水、稀盐酸、过氧化氢溶液、碘酒、合金（如生铁、不锈钢）、石油、天然气、煤、稀有气体、石灰石等。【能力提升与素养拓展】跨学科视角：从化学到环境科学1.光化学烟雾的形成机理：氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）在强烈阳光（紫外线）照射下，发生一系列复杂的光化学反应，生成臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，形成浅蓝色、有刺激性的烟雾。这涉及化学动力学和气象学知识。【拓展】2.酸雨的化学本质：酸雨（pH<5.6的雨、雪或其他降水）主要是由人为排放的SO2和NOx转化而成的。（1）硫酸型酸雨：SO2在空气中被氧化成SO3，或直接溶于水生成亚硫酸（H2SO3），再被氧化成硫酸（H2SO4）。（2）硝酸型酸雨：NOx在空气中最终转化为硝酸（HNO3）。其反应涉及氧化还原反应和气象条件。情境化应用：生活中的化学情境一：食品保鲜新招妈妈从超市买回一包薯片，发现包装袋鼓鼓的。她问你：“这里面充的是什么气？为什么袋子要鼓起来？”【解答】充的是氮气。因为氮气化学性质稳定，能隔绝氧气，防止薯片氧化变质。袋子鼓起来是为了形成正压，防止外界空气进入，同时也能防止薯片在运输过程中被压碎。情境二：神秘的灯