空气与氧气
认识空气的组成，了解氧气的物理性质、化学性质（支持燃烧、供给呼吸），掌握实验室制取氧气的方法（加热高锰酸钾、分解过氧化氢等）及工业制氧原理（分离液态空气）。
一、从呼与吸开始——认识空气
同学们，每天我们都在呼吸，但你有没有想过：空气里到底有什么？为什么有些气体能支持燃烧，有些却会灭火？今天我们就来揭开空气的神秘面纱，重点认识其中的“主角”——氧气。
1. 空气的组成
1774年，法国化学家拉瓦锡用实验证明了空气是由氮气和氧气组成的混合气体。现代精确测量告诉我们：
- 氮气（N₂）：约占体积的78%
- 氧气（O₂）：约占体积的21%
- 稀有气体（氦、氖、氩等）：约0.94%
- 二氧化碳（CO₂）、水蒸气及其他杂质：约0.06%
2. 氮气与稀有气体的“默默奉献”
氮气化学性质很不活泼，常被用作保护气（如食品包装充氮防腐）、制造氮肥。稀有气体也很“安静”，通电时却能发出不同颜色的光（霓虹灯就是利用了氖气、氩气）。
二、氧气——空气里的“活力分子”
1. 氧气的物理性质
- 无色、无味的气体（标准状况）
- 密度比空气略大（1.429g/L，空气1.293g/L）
- 不易溶于水（30mL O₂/1L 水）
- 液态氧是淡蓝色的，固态氧是淡蓝色雪花状
2. 氧气的化学性质
氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有助燃性和氧化性。它能与许多物质发生反应，放出热量。
注意：氧气本身不能燃烧，但它能支持其他物质燃烧。比如，我们用带火星的木条伸入氧气瓶中，木条会复燃——这是检验氧气的常用方法。
三、氧气的“诞生”之路——制取氧气
1. 实验室制法
在化学实验室里，我们常用以下三种方法制取氧气：
方法一：加热高锰酸钾
反应原理：$2\text{KMnO}_4 \xrightarrow{\triangle} \text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{MnO}_2 + \text{O}_2\uparrow$
装置特点：固固加热型，试管口略向下倾斜（防止冷凝水倒流炸裂试管），试管口塞一团棉花（防止高锰酸钾粉末进入导管）。
方法二：分解过氧化氢（加二氧化锰作催化剂）
反应原理：$2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow$
特点：常温反应，不需加热；二氧化锰作催化剂，反应前后质量和化学性质不变。
方法三：加热氯酸钾和二氧化锰的混合物
反应原理：$2\text{KClO}_3 \xrightarrow[\triangle]{\text{MnO}_2} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow$
注意：氯酸钾不能混有可燃物，否则易爆炸。
2. 工业制法——分离液态空气
工业上利用液态空气中各组分沸点不同，通过先液化后分馏的方法制取大量氧气。
- 空气 → 除尘、干燥 → 加压降温 → 液态空气
- 升温至-196℃（氮气沸点），氮气先气化逸出
- 剩余液态氧（沸点-183℃）纯度达99%以上
这是物理变化，而实验室制氧是化学变化。
四、典型例题
例1（易）：下列关于空气的说法正确的是（ ）
A. 空气中氮气质量分数约为78%
B. 氧气化学性质非常活泼，能与所有物质反应
C. 稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可作电光源
D. 二氧化碳是空气污染物之一
解析：A错误，应为体积分数78%；B错误，氧气虽活泼，但不能与所有物质反应（如金、铂）；C正确；D错误，二氧化碳不是空气污染物（含量过多会引起温室效应，但本身无毒）。故选C。
例2（中）：实验室用高锰酸钾制取氧气，下列操作错误的是（ ）
A. 试管口略向下倾斜
B. 在试管口塞一团棉花
C. 用排水法收集时，导管口一冒气泡立即收集
D. 实验结束，先将导管移出水槽再熄灭酒精灯
解析：C错误，因为开始冒出的气泡是排出的空气，应等气泡连续均匀冒出时再收集。A、B、D都是正确操作。故选C。
例3（中）：有A、B、C三种物质，已知A为黑色固体，B为白色固体，C为无色气体。加热A和B的混合物，生成C和另一种白色固体D。C能使带火星的木条复燃。试推断：A是________，B是________，C是________，D是________，写出反应的文字表达式。
解析：由C使带火星木条复燃可知C是氧气；加热A、B混合物生成氧气，且A为黑色固体，常见为二氧化锰（MnO₂），B为白色固体，常见为氯酸钾（KClO₃），则D为氯化钾（KCl）。反应文字表达式：氯酸钾 $\xrightarrow[\triangle]{二氧化锰}$ 氯化钾 + 氧气。
五、常见误区
- 误区1：以为氧气浓度越高燃烧越剧烈，就认为氧气本身可燃。真相：氧气是助燃剂，不是可燃物。
- 误区2：催化剂就是加快反应速率的物质。真相：催化剂既能加快也能减慢反应速率，且反应前后质量和化学性质不变。
- 误区3：排水法收集氧气时，集气瓶中有少量水没排干净，以为收集到的氧气不纯。真相：集气瓶中水排完才是纯氧气，残留水不影响纯度（氧气难溶于水）。
- 误区4：工业上分离液态空气是化学变化。真相：只是利用沸点不同分离，没有新物质生成，是物理变化。
六、学习建议
- 记忆时采用对比法：对比空气和氧气中燃烧现象；对比三种实验室制氧法的装置和原理。
- 动手画装置图：边画边想每个部件的作用（如铁架台固定、导管导气、水槽排水集气）。
- 编口诀：如检验氧气“带火星木条伸入，复燃是氧气”；制氧气“查装定点收离熄”（查装置气密性、装药品、固定、点燃、收集、撤离导管、熄灭酒精灯）。
七、知识链接
- 与小学自然衔接：空气能支持燃烧、动植物呼吸需要氧气。
- 为九年级铺垫：氧气性质是学习“燃烧与灭火”的基础；实验室制氧是学习“气体制取一般方法（发生装置、收集装置选择）”的模板。
- 与生活联系：氧气用于医疗急救、潜水、炼钢；氮气用于食品保鲜；稀有气体用于霓虹灯。
八、习题自测
- 空气中体积分数最大的气体是（ ）
A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 - 下列物质在氧气中燃烧，能产生蓝紫色火焰的是（ ）
A. 木炭 B. 铁丝 C. 硫 D. 红磷 - 实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气时，二氧化锰的作用是（ ）
A. 增加氧气产量 B. 加快反应速率 C. 使过氧化氢完全分解 D. 以上都是
参考答案：1. B 2. C 3. B