初中化學(xué)九年級上冊 空氣組成深度知識清單

初中化學(xué)九年級上冊空氣組成深度知識清單一、科學(xué)史話：探尋空氣的奧秘——拉瓦錫的定性與定量研究【基礎(chǔ)】在近代化學(xué)誕生之前，人們對空氣的認(rèn)識僅停留在“真空”的層面。是法國化學(xué)家安托萬拉瓦錫通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，首次揭示了空氣的組成，為現(xiàn)代化學(xué)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。（一）拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)裝置與原理拉瓦錫將少量液態(tài)汞（水銀）放入一個密閉的曲頸甑中，將曲頸甑的頸部與一個同樣密閉的玻璃罩相連，玻璃罩則倒扣在水銀槽中。整個裝置構(gòu)成了一個與外界完全隔離的密閉系統(tǒng)。他持續(xù)加熱曲頸甑中的汞，使其保持沸騰狀態(tài)長達(dá)12天。（二）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與過程分析【★重要】1.第一階段的觀察：隨著加熱的進(jìn)行，銀白色的液態(tài)汞表面逐漸生成紅色的粉末狀物質(zhì)（氧化汞）。與此同時，玻璃罩內(nèi)的空氣體積在緩慢而持續(xù)地減少，罩內(nèi)的水銀液面隨之上升。這一現(xiàn)象表明，密閉容器中的一部分空氣參與了化學(xué)反應(yīng)，被“固定”到了紅色粉末中。2.第二階段的驗(yàn)證：當(dāng)空氣體積減少到一定程度不再變化時，拉瓦錫收集了紅色粉末（氧化汞），并將其放入另一個較小的裝置中強(qiáng)熱分解。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅色粉末分解重新生成了銀白色的液態(tài)汞，并釋放出一種氣體。這種氣體的體積，恰好等于之前實(shí)驗(yàn)中密閉容器所減少的空氣體積。（三）拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)結(jié)論【基礎(chǔ)】通過定量計算和氣體性質(zhì)測試，拉瓦錫得出結(jié)論：空氣不是一種單一的物質(zhì)，而是由兩種性質(zhì)不同的氣體混合而成。其中一種氣體能支持燃燒和呼吸，他將其命名為“氧”（Oxygène，意為“成酸的元素”）；另一種氣體不能支持燃燒和呼吸，他將其命名為“氮”（Azote，意為“無生命的”）。他還測定了氧氣約占空氣總體積的1/5。（四）拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理（用現(xiàn)代化學(xué)語言表述）【基礎(chǔ)】整個過程中涉及兩個化學(xué)反應(yīng)：1.汞+氧氣→氧化汞（加熱）2Hg+O2→△2HgO2Hg+O_2\xrightarrow{\triangle}2HgO2Hg+O2?△<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">?2HgO（注：此反應(yīng)中，汞與氧氣化合，消耗了密閉容器中的氧氣，生成固態(tài)氧化汞，導(dǎo)致氣體總體積減少。）2.氧化汞→汞+氧氣（強(qiáng)熱）2HgO→強(qiáng)熱2Hg+O2↑2HgO\xrightarrow{強(qiáng)熱}2Hg+O_2\uparrow2HgO強(qiáng)熱<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">?2Hg+O2?↑（注：此反應(yīng)中，氧化汞分解，重新釋放出被固定的氧氣，驗(yàn)證了之前減少的氣體正是氧氣。）二、【高頻考點(diǎn)】【難點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)室模擬探究：空氣中氧氣含量的測定【非常重要】拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)雖然經(jīng)典，但耗時長、汞有毒。我們在實(shí)驗(yàn)室中通常采用改進(jìn)裝置——紅磷燃燒法，來模擬測定空氣中氧氣的含量。這是本單元的核心實(shí)驗(yàn)，也是期中、期末和中考的必考內(nèi)容。（一）實(shí)驗(yàn)原理（核心思想）【基礎(chǔ)】利用可燃物（紅磷）在密閉的集氣瓶中與空氣中的氧氣反應(yīng)，消耗氧氣，生成固體產(chǎn)物，導(dǎo)致瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小。在大氣壓的作用下，燒杯中的水被壓入集氣瓶中，進(jìn)入水的體積，即為消耗的氧氣的體積。（二）實(shí)驗(yàn)裝置與試劑1.裝置：集氣瓶、橡膠塞、燃燒匙、導(dǎo)管、彈簧夾、燒杯、乳膠管。2.試劑：紅磷（足量）、水。（三）實(shí)驗(yàn)步驟（“查、裝、點(diǎn)、收”）【重要】1.檢查氣密性：連接裝置，將導(dǎo)管一端放入水中，雙手緊握集氣瓶外壁，若導(dǎo)管口有氣泡冒出，松開手后導(dǎo)管內(nèi)形成一段水柱，則證明裝置氣密性良好。2.裝藥并記錄：在集氣瓶內(nèi)加入少量水，并將水面上方空間劃分為5等份（做上記號）。在燃燒匙內(nèi)放入足量的紅磷。3.點(diǎn)燃并伸入：用彈簧夾夾緊乳膠管。點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入集氣瓶中，并迅速塞緊瓶塞。4.冷卻后觀察：待紅磷熄滅，集氣瓶冷卻至室溫后，打開彈簧夾。（四）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【基礎(chǔ)】1.紅磷燃燒時，發(fā)出黃色火焰，放出大量熱，產(chǎn)生大量的白煙（五氧化二磷固體小顆粒）。2.打開彈簧夾后，燒杯中的水被吸入集氣瓶，瓶內(nèi)水面上升，最終上升的體積約占瓶內(nèi)空氣總體積的1/5。（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論【基礎(chǔ)】1.氧氣約占空氣總體積的1/5。2.剩余氣體（主要為氮?dú)猓┚哂胁蝗紵⒉恢С秩紵ㄓ杉t磷熄滅證明）、難溶于水（由水面上升至1/5后不再上升證明）的性質(zhì)。（六）化學(xué)方程式【基礎(chǔ)】紅磷燃燒的文字表達(dá)式與符號表達(dá)式：磷+氧氣→點(diǎn)燃五氧化二磷磷+氧氣\xrightarrow{點(diǎn)燃}五氧化二磷磷+氧氣點(diǎn)燃<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">?五氧化二磷4P+5O2→點(diǎn)燃2P2O54P+5O_2\xrightarrow{點(diǎn)燃}2P_2O_54P+5O2?點(diǎn)燃<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">?2P2?O5?（七）【難點(diǎn)·高頻考點(diǎn)】誤差分析（“倒吸體積”偏離1/5的原因）這是考試中失分最嚴(yán)重的地方，必須透徹理解。1.測定結(jié)果小于1/5的原因：（1）紅磷的量不足：瓶內(nèi)氧氣沒有被完全消耗，導(dǎo)致進(jìn)入的水偏少。（2）裝置氣密性不好：冷卻至室溫的過程中，外界空氣進(jìn)入瓶內(nèi)，填充了消耗氧氣后留下的空間，導(dǎo)致進(jìn)入的水偏少。（3）沒有冷卻至室溫就打開彈簧夾：此時瓶內(nèi)氣體溫度高，壓強(qiáng)大，因此進(jìn)入的水偏少。（4）實(shí)驗(yàn)前導(dǎo)管中未事先裝滿水：打開彈簧夾后，進(jìn)入的水需要先填充導(dǎo)管，導(dǎo)致測量值偏小（此為細(xì)節(jié)，多見于高端考題）。2.測定結(jié)果大于1/5的原因：（1）點(diǎn)燃紅磷后伸入集氣瓶的動作過慢：導(dǎo)致瓶內(nèi)部分空氣受熱膨脹而逸出，使得瓶內(nèi)初始?xì)怏w總量減少，冷卻后進(jìn)入的水自然會更多。（2）彈簧夾未夾緊：紅磷燃燒時放熱，瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，直接從導(dǎo)管口逸出，導(dǎo)致冷卻后進(jìn)入的水偏多。（3）燃燒匙伸入集氣瓶時，將燃燒匙上附著的未燃燒的紅磷或煙灰?guī)肫恐校c空氣中的成分發(fā)生其他反應(yīng)（少見）。（八）【難點(diǎn)·創(chuàng)新考向】藥品的替代與選擇【重要】并不是所有可燃物都能用來做這個實(shí)驗(yàn)。選擇藥品必須遵循兩條鐵律：1.只能與空氣中的氧氣反應(yīng)，而不能與其他成分（如氮?dú)狻⒍趸迹┓磻?yīng)。2.生成物不能是氣體（或生成的氣體可以被吸收），否則無法形成壓強(qiáng)差。備選藥品是否可用詳細(xì)原因分析木炭、硫磺【絕對不能用】燃燒后生成二氧化碳或二氧化硫氣體，雖然消耗了氧氣，但又生成了氣體，瓶內(nèi)壓強(qiáng)變化不大，水幾乎不倒吸。鐵絲【絕對不能】鐵絲在空氣中無法燃燒。鎂條【絕對不能】鎂不僅能與氧氣反應(yīng)，還能與氮?dú)猓ㄉ傻V）、二氧化碳（生成氧化鎂和碳）反應(yīng)，會使測量結(jié)果遠(yuǎn)大于1/5。蠟燭【不能用】燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣（水冷凝后影響不大，但二氧化碳無法處理）。（九）裝置內(nèi)的“水”的多元作用（拓展思維）集氣瓶內(nèi)預(yù)先加入少量水，不僅僅是為了劃分刻度。其更深層次的作用是：吸收紅磷燃燒生成的五氧化二磷白煙（防止污染空氣，也防止白煙影響氣壓），吸收反應(yīng)放出的大量熱（加速降溫，縮短實(shí)驗(yàn)時間），以及液封導(dǎo)管口。三、【基礎(chǔ)】空氣的組成成分與含量（一）干燥空氣的體積分?jǐn)?shù)（按體積計算，不是質(zhì)量分?jǐn)?shù)！）【非常重要】這是必須滾瓜爛熟的數(shù)據(jù)，經(jīng)常出現(xiàn)在選擇題和填空題的第一問。1.氮?dú)猓∟?）：約占78%。2.氧氣（O?）：約占21%。3.稀有氣體（He,Ne,Ar等）：約占0.94%。4.二氧化碳（CO?）：約占0.03%。5.其他氣體和雜質(zhì)：約占0.03%。（記憶口訣：氮七八，氧二一，零點(diǎn)九四是稀氣；兩個零點(diǎn)零三，二氧化碳和雜氣。）（二）對空氣組成的幾點(diǎn)說明1.空氣的成分是相對穩(wěn)定的，但會受到地域、氣候、人類活動等因素的影響而略有變化（如工業(yè)區(qū)二氧化碳含量偏高）。2.這里的“成分”指的是體積分?jǐn)?shù)。由于各種氣體的密度不同，質(zhì)量分?jǐn)?shù)與體積分?jǐn)?shù)是不同的。3.空氣是一種寶貴的自然資源，不是“虛無”的存在。四、【基礎(chǔ)】物質(zhì)的分類思想：純凈物與混合物通過研究空氣的組成，我們第一次接觸到了化學(xué)中對物質(zhì)進(jìn)行分類的基本方法。這也是貫穿整個中學(xué)化學(xué)的核心概念。（一）混合物【基礎(chǔ)】1.定義：由兩種或多種物質(zhì)混合而成的物質(zhì)。2.特征：沒有固定的組成，沒有固定的性質(zhì)（各成分保持各自原有的化學(xué)性質(zhì)），不能用單一的化學(xué)式表示。3.典型實(shí)例：空氣、海水、河水、礦泉水、石灰水、溶液、合金（如生鐵）、石油、煤、泥沙等。（二）純凈物【基礎(chǔ)】1.定義：由一種物質(zhì)組成的物質(zhì)。2.特征：有固定的組成，有固定的性質(zhì)（如固定的熔沸點(diǎn)），可以用專門的化學(xué)符號（化學(xué)式）表示。3.典型實(shí)例：氧氣（O?）、氮?dú)猓∟?）、二氧化碳（CO?）、紅磷（P）、五氧化二磷（P?O?）、蒸餾水（H?O）、冰水混合物（注意：冰和水是同種物質(zhì)的不同狀態(tài)，因此“冰水混合物”是純凈物！這是高頻易錯點(diǎn)）。（三）易錯辨析與判斷技巧【非常重要】1.看名稱：一般來說，帶有“純凈”、“高純”、“無水”、“蒸餾”等字眼的，或者直接是化學(xué)物質(zhì)名稱的，多為純凈物；帶有“混合”、“溶液”、“礦石”、“合金”、“工業(yè)產(chǎn)品”等字眼的，多為混合物。2.看狀態(tài)：如“冰水共存”狀態(tài)，雖然形態(tài)不同，但化學(xué)本質(zhì)都是H?O，屬于純凈物。3.看成分：判斷的關(guān)鍵是看它是由“一種”物質(zhì)組成，還是由“多種”物質(zhì)組成。例如，“潔凈的空氣”雖然“潔凈”，但仍包含氮?dú)狻⒀鯕獾榷喾N物質(zhì)，所以是混合物。五、【拓展視野】空氣是一種寶貴的資源空氣的組成成分在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著極其廣泛而重要的用途。（一）氧氣（O?）的用途【基礎(chǔ)】1.供給呼吸：用于醫(yī)療急救、登山、潛水、航空等。2.支持燃燒：用于煉鋼、氣焊、氣割、火箭推進(jìn)劑等。（二）氮?dú)猓∟?）的性質(zhì)與用途【重要】1.物理性質(zhì)：無色、無味的氣體，難溶于水。2.化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)不活潑，比較穩(wěn)定（這也是“惰性”的體現(xiàn)）。3.用途：（1）保護(hù)氣：充入食品包裝袋防腐，充入燈泡延長使用壽命，焊接金屬時作保護(hù)氣（隔絕空氣）。（2）制硝酸和化肥的重要原料。（3）液氮：提供低溫環(huán)境，用于醫(yī)療冷凍、超導(dǎo)材料等。（三）稀有氣體的性質(zhì)與用途【基礎(chǔ)】1.性質(zhì)：無色、無味、化學(xué)性質(zhì)極不活潑（曾被稱為“惰性氣體”）。2.用途：（1）保護(hù)氣：焊接金屬時用來隔絕空氣；燈泡中充入稀有氣體制成各種用途的電光源（如霓虹燈，通電時發(fā)出不同顏色的光）。（2）激光技術(shù)：如氦氖激光器。（3）低溫麻醉：利用液氦的低溫特性。（4）飛艇填充氣（氦氣，密度比空氣小且安全）。六、【社會責(zé)任】保護(hù)空氣：環(huán)境問題與防治（一）空氣污染物【熱點(diǎn)】1.有害氣體：主要包括一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO?）、二氧化氮（NO?）、臭氧（O?）等。2.可吸入顆粒物：如PM10、PM2.5（細(xì)顆粒物，也稱可入肺顆粒物），以及總懸浮顆粒物（TSP）。（二）空氣污染引發(fā)的環(huán)境問題【重要】1.溫室效應(yīng)：主要由二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）等過量排放引起。但注意，CO?本身未被列為常規(guī)空氣污染物，因?yàn)樗侵参锕夂献饔玫脑稀?.酸雨：主要是由二氧化硫（SO?）和氮氧化物（NOx）排放到空氣中，經(jīng)過復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)后，隨雨水降落而形成，pH小于5.6。酸雨能使水體酸化、土壤貧瘠、腐蝕建筑物。3.臭氧層空洞：主要是氟利昂（氟氯烴）等物質(zhì)的排放，破壞平流層的臭氧層，導(dǎo)致紫外線輻射增強(qiáng)。（三）空氣污染指數(shù)與空氣質(zhì)量級別【基礎(chǔ)】目前計入空氣污染指數(shù)的項(xiàng)目主要有：二氧化硫（SO?）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO?）、臭氧（O?）和可吸入顆粒物（PM10、PM2.5）。空氣質(zhì)量級別越低（如一級“優(yōu)”），數(shù)字越小，空氣質(zhì)量越好；級別越高（如五級“重度污染”），數(shù)字越大，空氣質(zhì)量越差。（四）防治措施【基礎(chǔ)】1.加強(qiáng)大氣質(zhì)量監(jiān)測。2.使用清潔能源（如太陽能、風(fēng)能、氫能等）。3.工業(yè)廢氣經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后才能排放。4.植樹造林，種草，增加綠化面積。5.積極推廣公共交通，限制高排放車輛的使用。七、核心考點(diǎn)與解題策略（一）常見題型與考查方式1.選擇題：考查空氣成分的比例、拉瓦錫的貢獻(xiàn)、物質(zhì)分類（混合物/純凈物）、空氣污染物的判斷、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述。2.填空題：默寫空氣成分的比例、書寫文字表達(dá)式、填寫實(shí)驗(yàn)儀器名稱。3.實(shí)驗(yàn)探究題：【高頻】這是最重要的考查形式。通常給出紅磷測定氧氣含量的裝置圖，要求：（1）指出儀器的名稱。（2）描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（3）分析導(dǎo)致測量結(jié)果誤差（偏大或偏小）的