初中化學(xué)競賽核心知識點(diǎn)講義系列2：《空氣和氧氣》一、核心備考要求樹立強(qiáng)烈環(huán)保意識，關(guān)注大氣污染現(xiàn)狀、防治措施，積累相關(guān)環(huán)境知識與信息；夯實(shí)基礎(chǔ)知識，熟練掌握空氣組成、氧氣等主要成分的性質(zhì)，深刻理解實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的原理，并能靈活運(yùn)用到實(shí)際解題中。二、核心知識點(diǎn)梳理與典型例題解析（一）基于基本實(shí)驗(yàn)知識的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評估例：為測定空氣中氧氣、氮?dú)獾捏w積含量，同學(xué)們設(shè)計(jì)了下列三種實(shí)驗(yàn)方案：a.取一定量空氣與足量銅粉加熱使其充分反應(yīng)，然后在相同條件下測定反應(yīng)后氣體的體積；b.取一定量空氣與炭粉充分燃燒后，在相同條件下測定氣體體積變化；c.在密閉容器內(nèi)放入實(shí)驗(yàn)用小鼠，讓其充分呼吸直至因缺氧昏迷，測出容器內(nèi)被消耗氣體的體積。你認(rèn)為能較準(zhǔn)確測得空氣中氧氣與氮?dú)怏w積含量的可取方案為______。解析：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)：利用氧氣與氮?dú)獾男再|(zhì)差異實(shí)現(xiàn)分離——氧氣支持燃燒、氮?dú)獠恢С秩紵瑩?jù)此設(shè)計(jì)方案a、b；氧氣能供給呼吸、氮?dú)獠荒?，?jù)此設(shè)計(jì)方案c；實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性關(guān)鍵：需確保氧氣完全耗盡，且剩余氣體為純凈氮?dú)?。方案b中，炭粉燃燒產(chǎn)物為二氧化碳?xì)怏w，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)后氣體體積無法準(zhǔn)確反映氧氣消耗情況，不可??；方案c中，小動(dòng)物昏迷時(shí)，容器內(nèi)氧氣未必完全耗盡，測量結(jié)果存在誤差；方案a中，銅與氧氣反應(yīng)生成固體氧化銅，能將氧氣完全耗盡，剩余氣體為氮?dú)?，可?zhǔn)確測定體積，故方案a可行。答案：a（二）大氣相關(guān)知識積累與遷移應(yīng)用例1光合作用的化學(xué)方程式書寫自然界中，綠色植物維持著二氧化碳和氧氣的轉(zhuǎn)化。在光照和葉綠體的作用下，二氧化碳和水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為植物體內(nèi)的淀粉（化學(xué)式用\ce{C_{x}H_{y}O_{z}}表示）和氧氣，這一過程稱為光合作用。請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。解析：嚴(yán)格遵循化學(xué)方程式書寫規(guī)則，注明反應(yīng)條件（光照、葉綠體），確保原子守恒配平。答案：\ce{xCO_{2}+yH_{2}O\xlongequal[葉綠體]{光照}C_{x}H_{y}O_{z}+(x+\frac{y}{4}?\frac{z}{2})O_{2}}例2大氣污染源分類與來源隨著人類社會(huì)發(fā)展和工業(yè)進(jìn)步，大氣污染因素日益增多。目前，大氣污染源分為兩大類，即______和______；污染氣體主要為\ce{SO_{2}}、\ce{CO}、\ce{NO_{2}}等，這些氣體往往來源于______的燃燒和工廠排放的______。解析：需關(guān)注空氣質(zhì)量相關(guān)常識，積累大氣污染的基本認(rèn)知。答案：粉塵；氣體；\ce{SO_{2}}、\ce{CO}、\ce{NO_{2}}；礦物燃料（石油、煤、天然氣等）；廢氣例3飄塵的作用與酸雨相關(guān)反應(yīng)飄塵是物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的、能被空氣托浮的小顆粒，它們與空氣中\(zhòng)ce{SO_{2}}接觸時(shí)，可促進(jìn)\ce{SO_{2}}轉(zhuǎn)化為\ce{SO_{3}}，同時(shí)使空氣酸度增加。請分析飄塵的作用為______作用；寫出酸雨形成的化學(xué)方程式；并寫出以下防止\ce{SO_{2}}污染的化學(xué)反應(yīng)方程式：①煤中摻石灰燃燒，\ce{SO_{2}}先轉(zhuǎn)化為\ce{CaSO_{3}}，進(jìn)而被氧化為\ce{CaSO_{4}}；②將\ce{SO_{2}}通入石灰乳制備\ce{CaSO_{3}}（用于造紙）。解析：飄塵在反應(yīng)中未參與最終產(chǎn)物構(gòu)成，僅加快反應(yīng)速率，起催化作用；\ce{SO_{2}}為酸性氧化物，可與水、氧氣等發(fā)生反應(yīng)形成酸雨，與堿或堿性氧化物反應(yīng)生成鹽。答案：催化；酸雨形成：\ce{2SO_{2}+O_{2}+2H_{2}O=2H_{2}SO_{4}}；防污染反應(yīng)：①\ce{CaO+SO_{2}=CaSO_{3}}、\ce{2CaSO_{3}+O_{2}=2CaSO_{4}}；②\ce{Ca(OH)_{2}+SO_{2}=CaSO_{3}↓+H_{2}O}例4空氣相關(guān)常識判斷下列描述不正確的是______A.歷史上最早證明空氣由氧氣和氮?dú)饨M成的科學(xué)家是道爾頓B.航標(biāo)燈的紅色光是由氖氣作為光源發(fā)出的C.豆科植物的根瘤菌能直接將氮單質(zhì)轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物生長所需的養(yǎng)料D.工業(yè)上分離氧氣和氮?dú)馐峭ㄟ^物理變化將液態(tài)空氣分離實(shí)現(xiàn)的解析：需掌握空氣研究歷史、稀有氣體性質(zhì)、氮的固定及工業(yè)制氧氣原理等知識。最早證明空氣由氧氣和氮?dú)饨M成的科學(xué)家是拉瓦錫，而非道爾頓；其他選項(xiàng)描述均正確。答案：A三、同步強(qiáng)化練習(xí)用右側(cè)裝置（A為標(biāo)有容積五等份標(biāo)線的集氣瓶，B為固定燃燒匙的單孔膠塞，燒杯中盛紅墨水）測定空氣中\(zhòng)ce{O_{2}}體積含量，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①打開夾子K；②點(diǎn)燃匙中紅磷；③夾緊K夾；④將B按進(jìn)A瓶口并塞緊?；卮穑海?）打開K夾的時(shí)間應(yīng)為______；（2）實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序?yàn)開_____；（3）觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為______；（4）若水進(jìn)入A瓶的量達(dá)不到標(biāo)線，分析可能的原因有______。地球上二氧化碳含量增加會(huì)產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”，導(dǎo)致全球變暖。\ce{CO_{2}}在空氣中的體積分?jǐn)?shù)約為______；空氣中\(zhòng)ce{CO_{2}}含量增加的主要來源是______；自然界中消耗\ce{CO_{2}}的主要途徑是______。汽車排放的尾氣中含有\(zhòng)ce{CO}與\ce{NO}，凈化方法是在催化劑作用下使二者相互反應(yīng)，產(chǎn)物為氮?dú)夂吞嫉难趸铮o污染），請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______。為測定氯酸鉀中含有氧元素，正確的操作順序?yàn)開_____（填序號）①加入\ce{AgNO_{3}}試劑②加熱③加入稀\ce{HNO_{3}}④加水溶解⑤冷卻A.④②①②⑤B.②④⑤①③C.②⑤④①③D.①②③⑤④已知鎂條在點(diǎn)燃條件下，可與氧氣化合生成氧化鎂，與氮?dú)饣仙傻V，與二氧化碳發(fā)生置換反應(yīng)生成氧化鎂和碳。將鎂條在空氣中點(diǎn)燃，理論上可發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為______；實(shí)驗(yàn)測得產(chǎn)物中主要為氧化鎂，含少量氮化鎂，無碳單質(zhì)，試說明原因______。將3.5克氯酸鉀與二氧化錳的混合物加熱到完全反應(yīng)，收集到\ce{O_{2}}308mL，而理論計(jì)算應(yīng)放出0.345克\ce{O_{2}}（標(biāo)準(zhǔn)狀況下約248mL）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明多出\ce{O_{2}}的原因。四、參考答案與解析（1）瓶內(nèi)紅磷完全熄滅且冷卻至室溫；（2）③②④①；（3）紅磷在A瓶中燃燒，發(fā)出黃白色火焰，逐漸熄滅，產(chǎn)生大量白煙，冷卻后瓶壁出現(xiàn)白色固體；打開K夾后，燒杯中的紅墨水流入A瓶，最終液面接近瓶容積的15（4）紅磷用量不足（氧氣未完全耗盡）；裝置氣密性不佳（反應(yīng)過程中空氣進(jìn)入或生成氣體泄漏）；打開夾子時(shí)未冷卻至室溫（氣體受熱膨脹，占據(jù)部分體積）。0.03%；煤、石油等含碳燃料的燃燒；綠色植物的光合作用。\ce{2CO+2NO\xlongequal{催化劑}N_{2}+2CO_{2}}。C；解析：測定氯酸鉀中氧元素，需先通過加熱使氯酸鉀分解生成氧氣（間接證明氧元素存在），冷卻后加水溶解殘?jiān)然洠?，加入稀硝酸酸化（排除雜質(zhì)干擾），再加入硝酸銀試劑，若產(chǎn)生白色沉淀（氯化銀），證明氯元素存在，結(jié)合分解產(chǎn)生氧氣，可推斷氯酸鉀含氧量。反應(yīng)方程式：\ce{2Mg+O_{2}\xlongequal{點(diǎn)燃}2MgO}、\ce{3Mg+N_{2}\xlongequal{點(diǎn)燃}Mg_{3}N_{2}}、\ce{2Mg+CO_{2}\xlongequal{點(diǎn)燃}2MgO+C}；原因：空氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)僅約0.03%，含量極低，導(dǎo)致鎂與二氧化碳的反應(yīng)難以發(fā)生，故無碳單質(zhì)生成；氮?dú)怆m占空氣體積的78%，但化學(xué)性質(zhì)不活潑，而氧氣化學(xué)性質(zhì)活潑，鎂更易與氧氣反應(yīng)，因此產(chǎn)物中氧化鎂占比最高，僅含少量氮化鎂。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：取與原混合物中相同質(zhì)量的二氧化錳，單獨(dú)加熱至相同溫度，收集氣體并測量體積，若未收集到氧氣，證明二氧化錳不分解產(chǎn)生氧氣；取3.5克純凈的氯酸鉀，不加二氧化錳，加熱至相同溫度，收集氧氣并測量體積，若體積接近248mL（理論值），說明原混合物中多出的氧氣并非來自純氯