九年级化学（沪教版·上海）第二单元“浩瀚的大气”知识清单

九年级化学（沪教版·上海）第二单元“浩瀚的大气”知识清单一、大气圈的层结构与空气的组成【基础】地球被一层厚厚的大气圈包围着，大气圈对地球生命的诞生和繁衍起到了至关重要的作用。根据大气的温度、密度及其运动状况，自下而上可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。我们生活和发生各种天气现象（如云、雨、雷、电）的主要场所是对流层。位于平流层中的臭氧层，能强烈吸收太阳紫外线，是地球生物的“保护伞”。空气是一种多种气体的混合物。通过精密科学测量，空气的组成（按体积分数计算）如下：氮气（N₂）约占78%，氧气（O₂）约占21%，二者合计占比99%，是空气的主要成分。此外，稀有气体（如氦、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%。【重要】【高频考点】需要特别注意的是，这里的百分比是体积分数而非质量分数，在计算题中常作为已知条件使用。二、空气中氧气含量的测定实验【核心实验】【必会】（一）经典实验回顾——拉瓦锡的贡献【基础】在化学发展史上，法国化学家拉瓦锡首次用定量的方法研究了空气的成分。他将少量汞（Hg）放在密闭的曲颈甑中连续加热十二天，发现部分汞变成了红色的粉末（氧化汞），同时密闭容器内空气的体积减少了约五分之一。随后，他将收集到的红色粉末放在另一容器中加强热，又得到了汞和氧气，且气体的总体积与之前减少的体积恰好相等。拉瓦锡由此得出科学结论：空气是由氧气和氮气组成的，其中氧气约占空气总体积的五分之一。（二）教材实验——红磷燃烧法【高频考点】1.【实验原理】：利用过量的红磷在密闭的集气瓶内燃烧，耗尽瓶内的氧气，生成固体五氧化二磷（P₂O₅），导致瓶内气体压强减小。待装置冷却至室温后，打开弹簧夹，在大气压的作用下，烧杯中的水被压入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积，即为被消耗的氧气的体积。2.【实验现象】：（1）红磷燃烧时发出黄色的火焰，放出大量的热，并产生浓厚的白烟（这是五氧化二磷固体小颗粒）。（2）冷却至室温打开弹簧夹后，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，最终集气瓶内水面上升，进入的水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。3.【反应原理】（文字表达式）：磷+氧气→（点燃）五氧化二磷4.【反应原理】（化学方程式）：4P+5O₂→（点燃）2P₂O₅【★必须熟练掌握配平】（三）实验成功的关键与误差分析【难点】【易错点】1.【药品选择】：所选物质必须能在空气中燃烧，且只能与空气中的氧气反应，生成物不能是气体（或生成的气体极易被吸收），以保证压强差明显。红磷是理想选择，因为其燃烧产物P₂O₅为固体。2.【注意事项与误差分析】：1.3.【测得结果偏小的可能原因】（非常重要）：（1）【红磷量不足】：导致瓶中氧气未被完全耗尽。（2）【装置气密性不好】：外界空气进入瓶内，填补了部分消耗氧气的体积。（3）【未冷却至室温就打开弹簧夹】：此时瓶内气体温度高，体积膨胀，压强差较小，导致进入的水偏少。（4）【导管内未预先装满水】：导致进入的水先填充导管，造成测量值偏小。2.4.【测得结果偏大的可能原因】：（1）【点燃红磷后伸入集气瓶过慢】：导致瓶内部分空气受热膨胀逸出。（2）【弹簧夹未夹紧】：红磷燃烧时，瓶内气体受热膨胀，沿导管从烧杯中逸出。5.【集气瓶中预先加少量水的作用】：（1）吸收反应生成的五氧化二磷（有毒），防止污染空气。（2）吸热降温，使装置快速冷却，缩短实验时间。（3）防止高温生成物溅落炸裂集气瓶底。6.【剩余气体的性质探究】：实验后，集气瓶中剩余的主要气体是氮气。由此可推断氮气的性质：不支持燃烧（红磷过量也无法在剩余气体中继续燃烧），难溶于水（水面上涨至约1/5后不再继续上涨）。7.【装置改进思路】：传统实验在塞瓶塞时易导致气体逸出，且五氧化二磷直接逸散污染空气。改进装置通常采用密闭体系，如利用放大镜聚焦太阳光或电热丝在密闭容器内引燃红磷（或白磷），使实验更精确、更环保。【热点】（四）药品替代性探究【拓展】1.【能否用木炭、硫磺代替红磷？】：不能。因为木炭、硫磺燃烧后分别生成二氧化碳（CO₂）气体和二氧化硫（SO₂）气体，虽然消耗了氧气，但又生成了新的气体，瓶内压强变化不大，水几乎不会倒吸。1.2.【改进方案】：若需使用木炭或硫磺，可将集气瓶中的水换为能吸收生成气体的溶液，如氢氧化钠（NaOH）溶液，以吸收CO₂或SO₂。3.【能否用铁丝代替红磷？】：不能。铁丝在空气中无法燃烧。4.【能否用镁条代替红磷？】：不能。镁条不仅与氧气反应，还能与空气中的氮气、二氧化碳发生反应，会使测量结果远大于1/5。三、空气中各成分的性质与用途【基础】【高频考点】（一）氧气（O₂）1.【物理性质】：通常情况下，氧气是无色、无味的气体，密度略大于空气，不易溶于水。在加压、降温条件下，氧气可变为淡蓝色液体或淡蓝色雪花状固体。2.【化学性质】：支持燃烧（助燃性），供给呼吸。3.【主要用途】：潜水、医疗急救（供给呼吸）；炼钢、气焊、化工生产（支持燃烧）。（二）氮气（N₂）【重要】1.【物理性质】：无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。2.【化学性质】：化学性质不活泼（稳定）。3.【主要用途】：（1）【保护气】：用作食品充氮防腐、灯泡填充气、焊接金属时的保护气（利用其稳定性）。（2）【制冷剂】：液态氮气蒸发吸热，可用于医疗冷冻麻醉、超导材料的环境温度控制。（3）【化工原料】：工业上合成氨气（NH₃），进而制造氮肥、硝酸等。（三）稀有气体（He、Ne、Ar等）【基础】1.【性质】：无色、无味，化学性质极不活泼，过去曾被称作“惰性气体”。2.【用途】：（1）【保护气】：利用其惰性，用作焊接保护气、灯泡填充气（防止钨丝氧化）。（2）【电光源】：稀有气体在通电时会发出不同颜色的光，如氖气（红光）用于霓虹灯，氙气用于汽车前照灯。（3）【氦气】：密度很小，且化学性质稳定、不可燃，可用于填充探空气球（比氢气安全）。（四）二氧化碳（CO₂）【基础】1.【物理性质】：无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。固体二氧化碳俗称“干冰”。2.【化学性质】：一般不能燃烧，也不支持燃烧，能与水、澄清石灰水等反应。3.【用途】：植物光合作用的原料；用于灭火；干冰可用于人工降雨（升华吸热）。四、空气污染与防治【热点】【社会责任】（一）空气污染物【重要】目前计入空气质量评价的主要污染物包括：二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO₂）、可吸入颗粒物（PM10，指粒径小于等于10微米的颗粒物）、细颗粒物（PM2.5，指粒径小于等于2.5微米的颗粒物）以及臭氧（O₃）。1.【易错警示】：二氧化碳（CO₂）虽然能引起温室效应，但并未被列为常规空气污染物。不能将CO₂视为有害气体污染物。（二）污染物来源与危害1.【主要来源】：化石燃料（煤、石油）的燃烧、工厂废气排放、汽车尾气排放、地面扬尘等。2.【主要危害】：（1）【酸雨】：SO₂和NO₂在空气中被氧化，溶于雨水形成酸雨（pH<5.6），腐蚀建筑物、酸化土壤和水体。（2）【温室效应加剧】：CO₂、CH₄（甲烷）等过量排放导致全球气候变暖。（3）【臭氧层空洞】：氟利昂等制冷剂的使用，破坏平流层的臭氧层。（4）【危害健康】：PM2.5可吸入肺，引发呼吸道和心血管疾病。（三）防治措施加强大气质量监测，植树造林，开发和使用清洁能源（如太阳能、风能、氢能），减少化石燃料的使用，对汽车尾气进行净化处理，工厂废气达标排放等。五、构成物质的微粒（Ⅰ）——分子与原子【难点】【基础概念】（一）分子1.【定义】：分子是保持物质化学性质的一种最小微粒。【重要】同种分子化学性质相同，不同种分子化学性质不同。如水分子（H₂O）保持水的化学性质。2.【基本性质】：（1）【质量和体积都很小】。（2）【分子在不断运动】：温度越高，分子运动速率越快。生活实例：闻到花香、湿衣服在阳光下干得快。（3）【分子间存在间隔】：一般情况下，气体分子间间隔最大，液体次之，固体最小。受热时分子间隔增大，遇冷时分子间隔减小。生活实例：热胀冷缩、给自行车胎打气、酒精与水混合后总体积小于两者之和。3.【构成】：分子是由原子构成的。例如，一个水分子（H₂O）是由一个氧原子和两个氢原子构成的。（二）原子1.【定义】：原子是化学变化中的最小微粒。化学变化的微观实质就是分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子。【非常重要】2.【与分子的区别与联系】：1.3.【区别】：在化学变化中，分子可分，原子不可分。2.4.【联系】：分子由原子构成；分子、原子都是构成物质的微粒。5.【构成物质的微粒】：大多数物质由分子构成（如水、二氧化碳），部分物质由原子直接构成（如金属、稀有气体、金刚石等），还有一些物质由离子构成（如氯化钠NaCl）。（三）用微粒的观点解释常见现象【高频考点】1.【物理变化与化学变化】：物质发生物理变化时，分子本身不变，只是分子间隔改变；发生化学变化时，分子本身改变，变成其他物质的分子。2.【纯净物与混合物】：由同种分子构成的物质是纯净物；由不同种分子构成的物质是混合物。六、氧气的性质【核心内容】（一）物理性质【基础】在标准状况下，氧气是一种无色、无味的气体。密度为1.429g/L，比空气（1.293g/L）略大，所以可采用向上排空气法收集。氧气不易溶于水，因此也可采用排水法收集（此法收集的氧气纯度较高）。（二）化学性质——助燃性（氧化性）【高频考点】【实验现象辨析】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反应，并放出热量。以下是几个核心实验的现象与结论：1.【木炭（C）在氧气中燃烧】：1.2.【现象】：发出白光（在空气中仅发出红光），放出热量，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体。2.3.【化学方程式】：C+O₂→（点燃）CO₂4.【硫（S）在氧气中燃烧】：1.5.【现象】：发出明亮的蓝紫色火焰（在空气中为淡蓝色火焰），放出热量，生成一种具有刺激性气味的气体。2.6.【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（SO₂），防止污染空气。3.7.【化学方程式】：S+O₂→（点燃）SO₂8.【红磷（P）在氧气中燃烧】（与空气中现象对比）：1.9.【现象】：剧烈燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷固体），放出热量。2.10.【化学方程式】：4P+5O₂→（点燃）2P₂O₅11.【铁丝（Fe）在氧气中燃烧】：1.12.【现象】：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体（四氧化三铁）。2.13.【注意事项】：（1）【打磨】：铁丝需先用砂纸打磨掉表面的铁锈，利于引燃。（2）【盘绕】：将铁丝盘成螺旋状，以增大受热面积。（3）【引燃】：铁丝一端系一根火柴，点燃火柴，待火柴即将燃尽（以充分利用火柴预热铁丝，避免火柴梗消耗过多氧气）时，缓慢伸入集气瓶（缓慢伸入可使氧气充分与铁丝接触，延长燃烧时间）。（4）【防炸裂】：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。3.14.【化学方程式】：3Fe+2O₂→（点燃）Fe₃O₄15.【蜡烛（石蜡）在氧气中燃烧】：1.16.【现象】：火焰明亮，发出白光，放出热量，集气瓶内壁有水雾（水珠）出现，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。2.17.【分析】：该实验证明了蜡烛中至少含有氢元素和碳元素。（三）缓慢氧化与自燃【拓展】某些物质在空气中与氧气发生的不易察觉的、比较缓慢的氧化反应，称为缓慢氧化，如铁生锈、食物腐烂、呼吸作用等。缓慢氧化也放热，如果热量聚集不散，可能导致自燃。七、氧气的实验室制法【核心技能】【必考】（一）工业制法——分离液态空气法【基础】原理：利用液态氮气和液态氧气的沸点不同。在低温加压条件下，使空气液化，然后蒸发。由于液态氮的沸点（196℃）低于液态氧的沸点（183℃），所以氮气先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧。该过程属于物理变化。（二）实验室制法——过氧化氢（H₂O₂）溶液分解法【重要】1.【药品】：过氧化氢溶液（无色液体）和二氧化锰（MnO₂，黑色固体粉末）。2.【反应原理】：1.3.（文字表达式）：过氧化氢→（二氧化锰）水+氧气2.4.（化学方程式）：2H₂O₂→（MnO₂）2H₂O+O₂↑5.【装置特点】：固液不加热型（发生装置）。1.6.【长颈漏斗使用注意】：长颈漏斗下端管口必须伸入液面以下，形成液封，防止生成的氧气沿漏斗逸出。2.7.【分液漏斗优点】：可以控制液体滴加速率，从而控制反应速率，获得平稳的气流。8.【操作步骤】：查（检查气密性）→装（先加固体，后加液体）→收（收集）。9.【催化剂与催化作用】【难点】：1.10.【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做催化剂（又叫触媒）。2.11.【催化作用】：催化剂在反应中所起的作用叫催化作用。3.12.【理解“一变两不变”】：【改变】的是反应速率（包括加快或减慢）；【不变】的是反应前后的“质量”和“化学性质”。（物理性质可能改变）。（三）实验室制法——高锰酸钾（KMnO₄）或氯酸钾（KClO₃）分解法【重要】1.【药品】：暗紫色固体高锰酸钾（KMnO₄）或白色固体氯酸钾（KClO₃）与二氧化锰混合物。2.【反应原理】：1.3.（化学方程式）：2KMnO₄→（加热）K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑2.4.（化学方程式）：2KClO₃→（MnO₂，加热）2KCl+3O₂↑（MnO₂在此反应中也是催化剂）5.【装置特点】：固体加热型（发生装置）。6.【高锰酸钾制氧注意事项】：（1）【棉花团】：试管口要放一团疏松的棉花，防止加热时高锰酸钾粉末随气流进入导管，堵塞导管。（2）【试管口略向下倾斜】：防止冷凝水回流到热的试管底部，炸裂试管。7.【收集方法】：（1）【排水法】：因为氧气不易溶于水。用此法收集的氧气较纯净，但含有水蒸气。（2）【向上排空气法】：因为氧气密度比空气略大。用此法收集的氧气较干燥，但纯度不高（需验满）。（四）检验与验满【操作规范】1.【检验（证明是氧气）】：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，则该气体是氧气。2.【验满（证明已集满）】：1.3.【向上排空气法】：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则氧气已集满。2.4.【排水法】：当集气瓶口有大气泡向外冒出时，说明已集满。（五）反应类型归纳【基础】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。（形式：A+B+…→C）2.【分解反应】：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。（形式：A→B+C+…）八、化学式的意义与简单计算【基础计算】【必会】（一）化学式的意义【重要】以H₂O为例：1.【宏观】：（1）表示水这种物质。（2）表示水是由氢元素和氧元素组成的。2.【微观】：（1）表示一个水分子。（2）表示一个