初中化学八年级全一册 空气的组成与利用 第2课时 知识清单

初中化学八年级全一册空气的组成与利用第2课时知识清单一、核心素养目标导航本课时作为第四单元“我们周围的空气”的开篇深化，旨在引领学生从“认识空气成分”迈入“理解空气价值”与“关注空气品质”的新阶段。通过本课时的深度学习，学生应能从“宏观辨识”与“微观探析”相结合的视角，理解空气中各成分的性质决定其用途的关系；通过“分离液态空气法”的学习，建立“物理变化”中物质分离的模型认知；更重要的是，要培养“科学探究”与“创新意识”，能够基于证据（如空气质量指数）对现实中的环境问题进行分析与评价，最终树立“科学精神”与“社会责任”感，认识到空气不仅是重要的自然资源，更是需要我们共同守护的生态屏障。【核心素养】【重要】二、空气是一种宝贵的自然资源——各成分的性质与用途空气中各成分的体积分数虽然相对稳定，但每一种成分都是人类生产生活不可或缺的宝贵资源。理解它们的性质与用途之间的内在联系，是本节的核心。【基础】（一）氧气（O2）——生命的支撑与能量的源泉【高频考点】1、物理性质：在标准状况下，氧气是一种无色、无味、无臭的气体，密度略大于空气，不易溶于水。在一定条件下，可液化为淡蓝色的液体或固化成淡蓝色的雪花状固体。工业上为了方便运输和贮存，通常将氧气加压贮存在蓝色的钢瓶中。【基础】2、化学性质：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能支持燃烧（助燃性），能供给呼吸。这是氧气最核心的两种化学性质。【重要】3、主要用途：【高频考点】▲供给呼吸：这是氧气最重要的生命保障功能。用于医疗急救（如帮助呼吸困难、心肺衰竭的病人）、高空作业（飞行员、登山运动员携带氧气瓶）、深海潜水（潜水员携带氧气瓶）、以及危重病人的高压氧舱治疗等。★支持燃烧：氧气本身不能燃烧，但能帮助其他可燃物剧烈燃烧。利用这一特性，氧气被广泛应用于：a）钢铁冶炼：富氧炼钢可以大大提高炉温，加速冶炼过程，提高钢铁质量。b）金属焊接与切割：氧炔焰（氧气和乙炔的混合气体燃烧）的温度可达3000℃以上，常用于切割或焊接金属板材、型材。c）航天工业：火箭助推器中装有液态氧，作为助燃剂，与燃料（如液氢）一起燃烧，产生巨大推力。【★易错点辨析】常考判断题：“氧气能燃烧，所以可用作燃料”。此说法是【错误】的。氧气具有助燃性，是帮助其他物质燃烧，它本身并不燃烧，因此不能作燃料。（二）氮气（N2）——默默无闻的“工业卫士”【高频考点】1、物理性质：在标准状况下，氮气是一种无色、无味、无臭的气体，密度略小于空气，难溶于水。【基础】2、化学性质：氮气的化学性质【非常稳定，不活泼】。在常温下，很难与其他物质发生化学反应。【重要】3、主要用途：【高频考点】▲重要的化工原料：氮气是合成氨、制造硝酸和氮肥（如尿素、碳酸氢铵）的基础原料。这是氮气最重要的化学用途。★食品保鲜与防腐：利用氮气化学性质不活泼、稳定性强的特点，食品包装袋中常充入氮气以排出氧气，称为“充氮包装”。这样做可以：a）防止食品与氧气接触而发生缓慢氧化而变质；b）防止食品被挤压破碎；c）抑制细菌的生长繁殖，从而延长食品的保质期。★提供保护气：在灯泡中充入氮气，可以减缓钨丝在高温下的挥发，延长灯泡寿命；在博物馆、档案馆中，珍贵字画、文物常保存在充满氮气的恒温恒湿柜中，防止氧化和虫蛀；在金属冶炼和焊接中，也常用氮气作保护气，防止金属在高温下被空气氧化。▲医疗与冷冻技术：液氮（沸点196℃）汽化时会吸收大量的热，可作深度制冷剂。在医疗上用于冷冻治疗（如冷冻切除疣、肿瘤），在科学研究中用于保存生物样本（如精子、胚胎、菌种），在超导技术中用于冷却超导材料。（三）稀有气体——霓虹闪烁下的“贵族气体”【高频考点】1、组成与性质：【基础】稀有气体是氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等气体的总称。它们都是无色、无味、无臭的气体，化学性质极不活泼，过去曾被称作“惰性气体”。但在一定条件下，氙、氪等重稀有气体也能与氟、氧等发生反应，因此改称“稀有气体”更为准确。【难点】2、主要用途：【高频考点】▲制造电光源（利用通电时发出不同颜色的光）：a）氖气：通电时发出红光，透雾性强，常用于航空航海指示灯、霓虹灯（红光部分）。b）氩气：通电时发出蓝紫色光，用于填充霓虹灯、荧光灯。c）氦气：通电时发出粉红色或淡黄色的光。此外，氦气在血液中的溶解度远低于氮气，因此常用于潜水员的“人造空气”中，与氧气混合，可防止潜水员深水上浮时因压力变化引发“减压病”（即“潜水员病”）。▲用作保护气：由于化学性质极不活泼，稀有气体常被用作焊接金属（如焊接铝、镁等活泼金属）时的保护气，以及填充在灯泡（如白炽灯）中，防止灯丝氧化。▲激光技术：氦氖激光器能产生波长632.8纳米的红光，广泛应用于激光陀螺、激光打印、全息摄影和医疗美容（如祛斑、去纹身）等领域。▲其他特殊用途：a）氦气：密度远小于空气，且化学性质稳定、不可燃，比氢气安全得多，常用于充填飞艇、气球。b）氩气：在冶金工业中用于去除溶解在金属液中的气体；在色谱分析中用作载气。（四）二氧化碳（CO2）——光合作用的“粮食”与工业的多面手1、物理性质：在标准状况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。在一定条件下，二氧化碳可固化为“干冰”。【基础】2、主要用途：【高频考点】▲植物光合作用的原料：这是二氧化碳在地球生态系统中最核心的作用。绿色植物吸收二氧化碳和水，在光照和叶绿素的作用下合成有机物（如葡萄糖），并释放出氧气。▲灭火：二氧化碳不燃烧，也不支持燃烧，且密度比空气大，能覆盖在可燃物表面，隔绝空气。因此，它被广泛用作灭火剂，如加压贮存在钢瓶中的液态二氧化碳灭火器。▲制冷剂（干冰）：固态二氧化碳俗称“干冰”，它在78.5℃时可直接升华变为气态二氧化碳，同时吸收大量的热，使周围温度急剧降低。因此，干冰被广泛用于：a）人工降雨（干冰被撒入云层，迅速升华吸热，使水蒸气冷凝成水滴）；b）食品冷藏运输（如冰淇淋、海鲜的保鲜）；c）制造舞台烟雾效果。▲化工原料与饮料：二氧化碳是制造纯碱（碳酸钠）、尿素等化工产品的原料。在加压条件下，二氧化碳能大量溶解于水，形成碳酸，并产生爽口的气泡，是制作汽水、啤酒等碳酸饮料的关键原料。三、工业制取氧气——分离液态空气法【重要】在实验室中，我们常用加热高锰酸钾或分解过氧化氢的方法制取少量氧气，而在工业生产中，需要大量、廉价地获得氧气（同时获得氮气和稀有气体），通常采用的是【分离液态空气法】。这是一个典型的根据物质物理性质差异进行分离的实例。【★原理核心】1、原料：空气（取之不尽、用之不竭）。2、原理：利用空气中各成分的【沸点不同】。沸点越低的气体，在液态空气升温时越先汽化（蒸发）出来。3、过程（物理变化）：【步骤详解】（1）净化与压缩：首先将空气除尘净化，除去灰尘、二氧化碳和水蒸气，然后进行加压，使空气的体积缩小，变成高压空气。（2）降温液化：通过降温的方法，使高压空气的温度降到足够低（低于所有成分的沸点），使空气变成液态空气（这个过程需要消耗大量的能量）。（3）控制温度分馏：将液态空气缓缓升温。此时，不同气体的沸点差异开始显现。▲沸点数据（在标准大气压下，101.3kPa）：氮气（N2）：196℃氩气（Ar）：186℃氧气（O2）：183℃（4）先后顺序：当温度从196℃开始升高时，【沸点最低的氮气】首先变成气体从液态空气中“跑”出来。此时收集到的气体主要是氮气。（5）继续升温：当温度上升到186℃左右时，氩气开始汽化。最后，当温度继续上升时，沸点最高的氧气才会汽化。这样，就可以将氮气、氩气、氧气逐一分离，得到纯净的氧气、氮气和稀有气体。4、工业氧气与氮气：通过分离液态空气法得到的氧气、氮气通常贮存在专用的钢瓶中（氧气瓶为蓝色，氮气瓶为黑色），供工业、医疗等使用。四、关注空气质量——守护我们共同的生命线洁净的空气对生命健康和生态系统至关重要。随着工业化和城市化进程，空气污染已成为全球性问题。【重要】【热点】（一）空气污染物及其来源【高频考点】目前计入空气质量评价的主要污染物分为两类：有害气体和颗粒物。1、有害气体：▲二氧化硫（SO2）：主要来源于煤和石油等化石燃料的燃烧（如火力发电厂、工业锅炉、居民取暖），以及金属冶炼厂排放的废气。SO2是形成【酸雨】的主要元凶之一。▲二氧化氮（NO2）：主要来源于机动车尾气、火力发电厂高温燃烧过程。NO2也是形成酸雨和【光化学烟雾】的主要前体物。▲一氧化碳（CO）：主要来源于含碳燃料的不完全燃烧，如机动车尾气、煤炭燃烧。CO有毒，能与血液中的血红蛋白结合，使其失去携氧能力，导致人体缺氧中毒。▲臭氧（O3）：近地面的臭氧并非直接排放，而是由氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）在阳光照射下发生光化学反应生成的二次污染物。高浓度的臭氧会刺激和损害人的呼吸系统。2、颗粒物：▲可吸入颗粒物（PM10）：指空气动力学当量直径小于或等于10微米的颗粒物，可以被人体吸入，沉积在呼吸道。▲细颗粒物（PM2.5）：指空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物。由于其粒径极小，能穿过呼吸道屏障，直接进入肺泡深处，并可进入血液循环，对人体健康危害最大。PM2.5的主要来源包括燃煤、机动车尾气、工业粉尘、建筑扬尘以及二次转化生成的硫酸盐、硝酸盐等。（二）空气污染指数与质量级别【高频考点】为了让公众直观了解空气质量状况，环保部门会发布空气质量报告。其中核心指标是【空气质量指数（AQI）】。AQI是一个无量纲的数值，它将常规监测的几种主要污染物（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5）的浓度综合换算成一个单一的指数值，并对应不同的空气质量级别和颜色，以及对人体健康的影响和建议。其对应关系如下（一般分级标准）：AQI050：一级，优（绿色）。空气质量令人满意，基本无空气污染。AQI51100：二级，良（黄色）。空气质量可接受，但某些污染物可能对极少数异常敏感人群有较弱影响。AQI：三级，轻度污染（橙色）。易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状。AQI：四级，中度污染（红色）。进一步加剧易感人群症状，可能对健康人群心脏、呼吸系统有影响。AQI：五级，重度污染（紫色）。心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群普遍出现症状。AQI>300：六级，严重污染（褐红色）。健康人群运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病。（三）空气污染的危害与防治【重要】【热点】1、主要危害：▲危害人体健康：引发呼吸道疾病（如哮喘、支气管炎）、心血管疾病、肺癌等。▲破坏生态环境：形成酸雨（SO2、NO2导致），使土壤酸化、水体污染、建筑物腐蚀；破坏臭氧层；导致全球气候变暖（温室气体，如CO2、CH4，虽不直接计入AQI，但也是重要大气环境问题）。▲影响工农业生产：酸雨危害农作物生长，造成减产；空气污染物会加速工业设备和建筑物的腐蚀。2、防治措施：▲源头控制：a）调整能源结构，开发和利用清洁能源（如太阳能、风能、氢能、核能），减少化石燃料的使用。b）改进燃烧技术，提高燃料利用率，减少污染物排放。c）推广使用新能源汽车，控制机动车尾气排放。▲过程治理：a）工业废气必须经过除尘、脱硫、脱硝处理，达标后才能排放。b）建筑工地、道路等采取洒水、覆盖等扬尘控制措施。▲末端监测与公众参与：a）建立和完善空气质量监测网络，实时发布空气质量信息。b）鼓励公众绿色出行、低碳生活（如节约用电、减少一次性用品使用、垃圾分类）。c）加强城市绿化，植树造林，利用植物的吸附和净化作用改善空气质量。五、本课时考点、考向与解题策略【整合提升】（一）选择题与填空题常见考向1、空气中各成分的用途与性质的对应关系：通常题干会描述一种用途（如“食品包装袋中充入的气体”），要求选择利用了该气体的什么性质（化学性质稳定/不活泼）。【★解题关键】抓住关键词“防腐”、“保护气”对应“稳定”；“助燃”、“供给呼吸”对应“氧化性/支持燃烧”。2、工业制氧气的方法判断：常考判断题“工业上制取氧气的方法是分离液态空气法，属于化学变化”。【★易错点】此法属于物理变化，因为只是利用沸点不同进行分离，没有新物质生成。3、空气污染物的识别与分类：常考“下列物质不属于空气污染物的是/属于空气质量监测项目的是”。【★必备清单】牢记主要污染物：SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5。CO2一般不作为空气污染物计入AQI（虽然它是温室气体），稀有气体、氮气是空气主要成分，不是污染物。4、AQI指数与空气质量级别的对应：给出一个AQI数值，判断空气质量状况（优、良、轻度污染等）和对人类活动（如儿童、老人及心脏病、呼吸系统疾病患者）的建议。【★解题关键】熟记AQI分级及其对应颜色和建议。（二）实验探究题常见考向——探究不同场所空气中CO2含量的差异【热点题型】结合本课时“探究不同气体样本中二氧化碳含量差异”的活动，设计实验方案。1、实验原理：利用二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的特性（或利用二氧化碳能溶于水、能与水反应生成碳酸的性质，用pH试纸或指示剂检测）。通常使用【澄清石灰水】，通过比较其浑浊程度或完全变浑浊所需时间，来判断CO2含量的多少。2、实验方案设计：【解题步骤】（1）取样：用相同规格的集气瓶（或注射器），采取“排水法”或“排空气法”在需要测定的不同地点（如教室、操场、刚下课的教室、停车场、树林里）分别收集满一瓶空气样品。注意取样方法要相同，保证样本具有代表性。（2）控制变量：向每一瓶空气样品中，分别注入【等体积】的【同浓度、同体积】的澄清石灰水。（3）振荡与观察：同时振荡集气瓶（或密封后振荡），观察并记录每一瓶中澄清石灰水变浑浊的程度（如：非常浑浊、比较浑浊、轻微浑浊、无明显变化）或记录从注入到完全变浑浊所需的时间（时间越短，说明CO2含量越高）。（4）实验结论：根据观察到的现象，推断不同场所空气中CO2含量的高低，并结