空氣是重要的物質(一)知識框架

內容要求

(對應課標P21)(1)能說出空氣主要成分的體積分數，認識空氣對人類的重要作用。(2)認識氧氣和二氧化碳的主要性質，能根據氧氣和二氧化碳的性質設計實驗，檢驗和區分氧氣、二氧化碳。(3)能基于氧氣、二氧化碳的性質與用途，舉例說明空氣在改善人類生活、促進生產、經濟發展及社會進步等方面的重要作用，參與大氣保護、臭氧層保護、溫室效應等社會性議題，提高環境保護、資源利用意識，認識科學對解決社會問題的重要作用。內容要點

要點1空氣的成分及對人類的重要作用1.空氣的成分(體積比)氣體成分體積分數(％)性質用途氮氣78化學性質較不活潑，在一般條件下不易與其他物質反應作保護氣，食品袋中的防腐劑，制造化肥、炸藥的重要原料，液氮冷凍等氣體成分體積分數(％)性質用途氧氣21不易溶于水，密度比空氣略大，化學性質比較活潑供給呼吸，常作氧化劑稀有氣體(氦、氖、氬、氪等)0.94化學性質不活潑，通電時能發出不同顏色的光作保護氣，充制霓虹燈，用于激光技術，氦氣密度小，用作氣球填充氣氣體成分體積分數(％)性質用途二氧化碳0.03能溶于水，密度比空氣大，參與植物的光合作用作溫室氣肥其他0.032.空氣中氧氣體積分數的定量估測裝置圖注意點

試劑要求：足量紅磷裝置要求：氣密性良好操作要求：待集氣瓶冷卻到室溫后再打開彈簧夾實驗現象：大量白煙，瓶內液面上升約體積實驗結論：空氣是混合物；O2約占

，不燃燒但可助燃

小于

大于

【細節解讀】1.空氣是一種混合物。空氣中各種氣體的含量是體積分數，不能誤解為質量分數。2.空氣中氧氣體積分數的估測實驗中，不能用鐵代替紅磷的原因是鐵不能在空氣中燃燒；不能用木炭、硫代替紅磷的原因是產物是

氣體

，不能產生壓強差。3.空氣對人類生活、生產的重要作用及工業上空氣成分的分離。氣體

(1)空氣與其他物質一樣具有質量，是一種重要資源。(2)大氣對浸在其中的物體會產生各個方向的壓強，這種壓強叫做大氣壓強。生活中的水泵、塑料吸盤掛衣鉤、可以吸墨水的鋼筆、吸飲料的吸管等，都是利用了大氣壓的作用。(3)空氣冷凍分離法：工業上先通過

加壓

、

降溫

的方法將空氣液化，再利用液態空氣中各成分的

沸點

不同，可以從液態空氣中分離出氧氣、氮氣和稀有氣體。為了便于區別，人們將盛液氮的鋼瓶漆成黑色，盛液氧的鋼瓶漆成藍色。加壓

降溫

沸點

【典例展示】例1

2024年5月，武王墩墓出土的迄今為止東周時期最大的青銅圓鼎。博物館常用空氣中含量最多的氣體保護文物。該氣體是(

A

)A.氮氣B.氧氣C.稀有氣體D.二氧化碳A例2小金利用如圖甲所示裝置(氣密性良好)和試劑測定空氣中氧氣含量，集氣瓶中空氣的體積為200mL，氧氣傳感器測得集氣瓶內氧氣的體積分數變化曲線如圖乙所示。

甲

乙(1)實驗開始時，用酒精燈加熱粗銅絲，其目的是

引燃白磷

。引燃白磷

(2)反應開始到止水夾打開前，集氣瓶內可觀察到的現象是

白磷燃燒，產生大量白煙，放出熱量

。(3)小金提出“倒吸入集氣瓶中水的體積除以200mL等于空氣中氧氣的含量”。據圖乙分析，此說法

錯誤

(選填“正確”或“錯誤”)，說明理由：

白磷不能耗盡裝置中的氧氣

。白磷燃燒，產生大量白煙，放出熱量

錯誤

白磷不能耗盡裝置中的氧氣

要點2氧氣的性質及用途1.性質(1)物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣

略大

，

不易

溶于水，液氧呈

淡藍色

。(2)化學性質：是一種化學性質比較

活潑

的非金屬單質，具有

助燃性

、

氧化性

等。略大

不易

淡藍色

活潑

助燃性

氧化性

2.氧氣與一些常見物質的反應(1)氧氣參與的緩慢氧化：金屬生銹、食物腐敗、呼吸作用等。(2)氧氣參與的劇烈氧化：燃燒(具體如下)。物質現象及化學方程式碳在空氣中

持續紅熱

，在氧氣中

發出白光

，生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體C＋O2CO2持續紅熱

發出白光

物質現象及化學方程式磷生成

大量白煙

4P＋5O22P2O5硫在空氣中發出微弱的

淡藍色

火焰，在氧氣中發出明亮的

藍紫色

火焰，生成有

刺激性氣味

的氣體S＋O2SO2大量白煙

淡藍色

藍紫色

刺激性氣味

物質現象及化學方程式鎂發出

耀眼的白光

，放出熱量，生成

白色固體

2Mg＋O22MgO

4Al＋3O22Al2O3鋁鐵在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，生成

黑色

固體(Fe3O4)

3Fe＋2O2Fe3O4石蠟在氧氣中燃燒發出白光，瓶壁上有水珠生成，生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體耀眼的白光

白色固體

黑色

①點燃磷前，在瓶底鋪水的目的：吸收產物P2O5，防止污染。②點燃硫前，在瓶底鋪水的目的：吸收產物SO2，防止污染。③點燃鐵絲前，在瓶底加水或鋪沙的目的：防止熔融的高溫物質接觸瓶底，引起瓶底受熱不均而炸裂。④點燃鐵絲前，用砂紙摩擦的目的：磨去鐵絲表面的氧化物。⑤點燃鐵絲時，火柴的作用：引燃鐵絲。⑥鐵絲伸入集氣瓶的時機：待火柴即將燃盡。3.氧氣的檢驗將

帶火星

的木條伸入集氣瓶中，若木條復燃，則證明是氧氣。4.氧氣的用途：呼吸(急救、登山、潛水、航天等)；冶煉金屬；切割焊接金屬；作氧化劑、助燃劑等。帶火星

【典例展示】例3下列對實驗現象的描述正確的是(

D

)A.紅磷在空氣中燃燒，產生大量白霧B.硫在空氣中燃燒，發出藍紫色火焰C.木炭在空氣中充分燃燒，生成二氧化碳D.過氧化氫溶液中加入二氧化錳，迅速產生大量氣泡D例4如圖所示是“鐵絲在氧氣中燃燒”實驗的改進裝置。實驗時，打開分液漏斗活塞，通入干燥氧氣約10秒，引燃鐵絲下端火柴桿，伸入塑料瓶內，并對準玻璃管口正上方，觀察到的現象是

鐵絲劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體

，改進后裝置具有的優點是

①②③

(選填序號)。①氧氣無須提前制備和收集，操作更方便；②塑料瓶代替集氣瓶，防止集氣瓶炸裂，更安全；③裝置集氧氣的制取、干燥和性質驗證于一體，實驗更優化。鐵絲劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體

①②③

要點3二氧化碳的性質及用途1.物理性質：無色、無味，密度比空氣

大

，

能

溶于水，常溫常壓下呈氣態，在

加壓

或

降溫

下，氣態二氧化碳可轉變為無色液體或雪狀固體，固態二氧化碳俗稱

干冰

。2.化學性質：既不能燃燒，也不支持燃燒，不能供人呼吸；與水反應生成

碳酸

(不穩定，受熱易分解)，能使紫色石蕊試液變紅色；能與NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等可溶性堿反應。大

能

加壓

降溫

干冰

碳酸

4.二氧化碳的應用：滅火、人工降雨、作制冷劑、作氣體肥料等。3.二氧化碳的檢驗

澄清石灰水

白色沉淀

【典例展示】例5下列二氧化碳的用途既利用其物理性質又利用其化學性質的是(

A

)A.液態二氧化碳用作滅火劑B.工業制純堿、尿素C.干冰用于制造舞臺上的云霧D.用作農作物的氣體肥料A例6將充滿空氣的氣球放置在盛有空氣的密閉容器中，氣球沉入底部(如圖甲)。若要使氣球位置出現圖乙中的變化，可以將密閉容器中的空氣換成下列氣體中的(

C

)

甲

乙A.氫氣B.甲烷C.二氧化碳D.一氧化碳C要點4臭氧層的作用、溫室效應的成因、利弊1.臭氧層的作用大氣層的平流層中含有一層

臭氧

氣體，它可以吸收大部分(99％以上)太陽光中的

紫外線

，保護地球上各種生物的繁衍和生長。臭氧

紫外線

2.溫室效應的成因、利弊、如何控制地球對流層中

水蒸氣

和

二氧化碳

等氣體允許太陽的熱輻射透過，但卻阻止地表熱量的散發。這種現象被稱為溫室效應。溫室效應使地球表面溫暖濕潤，生機盎然。但是，如果溫室效應加劇，對流層阻止熱量散發的能力太強，就會導致全球氣候變暖，甚至加劇土地荒漠化，引起冰川融化和海平面上升。控制溫室效應的方法：①減少

二氧化碳

等溫室氣體的排放(減少煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒)；②植樹造林，增加對溫室氣體的吸收。水蒸氣

二氧化碳

二氧化碳

【典例展示】例7我國向世界承諾：努力爭取2060年前實現“碳中和”－－CO2排放量和轉化量相等，達到相對零排放，為人類社會可持續發展貢獻中國力量。Ⅰ.了解二氧化碳排放(1)CO2排放量增加可能引發的后果有

ABCD

(選填字母序號，下同)。A.冰川融化，海平面上升B.極端天氣頻發C.土地沙漠化，造成農業減產D.影響自然生態系統，改變生物多樣性ABCD

(2)空氣中的CO2主要來自于

AB

。A.動植物的呼吸作用B.化石燃料的燃燒C.植物的光合作用AB

(3)實驗室制備CO2。根據下列儀器裝置，回答問題。

①寫出標號儀器的名稱：a.

試管

，b.

集氣瓶

。②制取CO2可在A～E中選用裝置

BC

；裝置F是在裝置B基礎上的改進，其優點是

可以控制反應發生與停止

。試管

集氣瓶

BC

可以控制反應發生與停止

Ⅱ.探究二氧化碳轉化(4)CO2的吸收是其轉化的有效方法。現有三種試劑：水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，你認為最佳的CO2吸收劑是

2％NaOH溶液

，設計實驗方案證明你的結論：

用三只相同的塑料瓶收集二氧化碳，分別注入等體積的水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，蓋上瓶蓋，充分振蕩，若注入2％氫氧化鈉溶液的塑料瓶變癟程度最大，說明2％氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳效果最好

。2％NaOH溶液

用三只相同的塑料瓶收集二氧化碳，分別注入等體積的水、澄清石灰水、2％NaOH溶液，蓋上瓶蓋，充分振蕩，若注入2％氫氧化鈉溶液的塑料瓶變癟程度最大，說明2％氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳效果最好

Ⅲ.研制低碳行動方案(5)低碳行動涵蓋國際合作、國家工程和個人行為三個層面。請從“個人行為”層面策應“低碳行動”，寫出你的一個行動打算：

出行乘坐公交車

。出行乘坐公交車

要點5空氣污染1.空氣污染物的主要來源一般認為，空氣污染物主要是

污染性氣體

(二氧化硫、氮氧化物等)和

可吸入

顆粒物。2.空氣污染物的防治防治空氣污染的方法：控制污染源，減少廢氣排放，提倡使用無污染能源，積極植樹造林等。污染性氣體

可吸入

3.空氣質量預報的主要內容空氣質量狀況預報包括

污染指數

、

首要污染物

和

環境空氣質量等級

。目前計入空氣質量指數的污染物有SO2、NO2、可吸入顆粒物、O3和CO等。污染指數

首要污染物

環境空氣質量等級

【典例展示】例8社會發展需要人與自然和諧共生。生活中的下列做法，符合低碳環保理念的是(

A

)①積極植樹種草；

②乘公交車出行；③廢棄電池深埋；

④踐行光盤行動；⑤隨意丟棄垃圾；

⑥自備購物布袋。A.

①②④⑥B.

①③④⑤C.

②③④⑥D.

②④⑤⑥A要點6自然界中碳、氧和氮的循環1.碳和氧是生物體中最基本的元素。其中，

碳

是地球上擁有化合物數量最多的元素，

氧

是地殼里含量最高、分布最廣的元素。碳循環和氧循環與人類生活密切相關。碳

氧

2.自然界的碳循環主要通過

二氧化碳

來進行，主要途徑如下：(1)CO2→光合作用→有機物→植物的呼吸作用→CO2。(2)CO2→光合作用→有機物→動物吸收→體內氧化→CO2。(3)CO2→光合作用→有機物→動植物殘體→微生物分解作用→CO2。(4)CO2→光合作用→動植物殘體→地下漫長反應→煤、石油、天然氣燃燒→CO2。二氧化碳

自然界自發進行的碳循環，在很長的時期內始終處于一種

動態平衡

的狀態。大氣中二氧化碳含量的穩定為地球上生物的生存提供了良好的條件。這是因為二氧化碳在大氣的熱平衡中起著重要的作用，能對地球產生一種“溫室效應”。但隨著人類對含碳能源的大量開采利用，以及對植被的破壞，致使更多的

二氧化碳

排入大氣而使全球氣候發生變化。動態平衡

二氧化碳

3.自然界中氧氣的含量由于生物的

呼吸

和物質的

燃燒

等而減少，但又因植物的

光合作用

而增加，周而復始地進行循環，如圖所示。呼吸

燃燒

光合作用

據碳、氧循環過程可知，自然條件下，水中的氧很難直接分解成氧氣，但可通過植物的

光合

作用而轉變成氧氣釋放出來。因此，生態系統中的碳循環與氧循環有著密切的聯系。光合

4.氮是地球上極為豐富的一種元素，在大氣中含量雖高但不能被絕大多數生物直接利用。要轉化成能夠被植物利用的含氮化合物，主要有三條途徑：(1)大氣固氮：在閃電的作用下，把氮氣轉化成硝酸鹽。(2)工業固氮：在高溫、高壓和催化劑的條件下，把氮氣轉化成硝酸鹽或氨。(3)生物固氮：豆科植物的根瘤菌和某些藍綠藻能夠在常溫下將大氣中的氮氣轉變為硝酸鹽。植物從土壤中吸收銨鹽或硝酸鹽，用來合成氨基酸，再進一步合成各種蛋白質。動物以植物為食物，直接或間接利用植物合成的有機含氮化合物，如蛋白質等，經分解為氨基酸后再合成自身的蛋白質。在動物的代謝過程中，一部分蛋白質被分解為氨、尿酸和尿素等排出體外，最終進入土壤。動植物死亡后的遺骸中的蛋白質被微生物分解成銨根離子、硝酸根離子和氨又回到土壤和水體中，被植物再次吸收利用，從而完成生態系統的氮循環。在現代社會中，現代農業大規模地使用化肥，化石燃料的燃燒向大氣散發氮氧化物的氣體后又被雨水吸收后返回地面，以及其他的人類活動都會對氮循環產生影響。【典例展示】例9自然界存在多種元素及物質的循環。如圖表示的是自然界中的(

C

)CA.氮循環B.硫循環C.碳循環D.水循環例10氮是空氣中含量最多的元素，也是構成生物體的必要元素之一。但是，空氣中游離態的氮不能直接被大多數生物所利用，必須經過變化，