化学
8年级
简单
空气与氧气
从日常呼吸和燃烧出发，认识空气的组成（氮气、氧气、稀有气体等）和氧气的性质、用途与实验室制法。通过直观图示和典型例题，帮助八年级学生轻松掌握这一基础化学知识。
一、概念导入——看不见的世界就在我们身边
同学们，你每天呼吸的空气，其实是一个巨大的“混合物大家庭”。我们烧火做饭、植物光合作用、汽车跑动……都离不开空气中的一种重要成员——氧气。那么，空气中到底有哪些成员？氧气又有什么魔力？让我们一起来探索吧！
二、空气的组成——一个“家族大合照”
通过科学家们的精密测量，发现干燥空气中各成分的体积分数大致如下：
- 氮气（N₂）：约占78%，是空气中含量最多的气体，化学性质不活泼，常用作保护气。
- 氧气（O₂）：约占21%，支持燃烧和呼吸，是生命活动的关键。
- 稀有气体：约占0.94%，包括氦、氖、氩等，它们化学性质非常稳定，常被用于制造电光源（如霓虹灯）。
- 二氧化碳（CO₂）：约占0.03%，是植物光合作用的原料。
- 其他气体和杂质：约占0.03%，如水蒸气、尘埃等。
三、氧气的性质
1. 物理性质
- 色、味、态：通常情况下，氧气是无色、无味的气体。
- 密度：比空气略大（1.429g/L > 空气平均1.293g/L）。
- 溶解性：不易溶于水（但水中确实溶有少量氧气，鱼虾才能呼吸）。
- 三态变化：加压、降温可变为淡蓝色液态氧或固态氧。
2. 化学性质——氧气的“助燃性”
氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它能与许多物质发生氧化反应（燃烧就是剧烈的氧化反应）。下面是几个典型的实验现象：
| 反应物 | 在空气中燃烧现象 | 在氧气中燃烧现象 | 化学方程式 |
|---|---|---|---|
| 硫（S） | 淡蓝色火焰 | 明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体 | S + O2 点燃 → SO2 |
| 红磷（P） | 黄色火焰，产生大量白烟 | 白烟更浓烈（P2O5固体小颗粒） | 4P + 5O2 点燃 → 2P2O5 |
| 铁丝（Fe） | 灼烧红热，不燃烧 | 剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体（Fe3O4） | 3Fe + 2O2 点燃 → Fe3O4 |
| 木炭（C） | 红光 | 发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体（CO2） | C + O2 点燃 → CO2 |
⚠️ 易错提醒：铁丝在氧气中燃烧时，必须在瓶底放少量水或细沙，防止高温熔融物炸裂瓶底。另外，铁丝燃烧生成的是四氧化三铁（Fe3O4），不是氧化铁（Fe2O3）。
四、氧气的用途
- 支持呼吸：潜水、登山、医疗急救等用氧气瓶供氧。
- 支持燃烧：炼钢、气焊、气割、火箭燃料助燃剂等。
- 其他：液态氧用作火箭推进剂，氧气鼓风机提高燃烧效率。
五、氧气的实验室制法
方法一：加热高锰酸钾（KMnO₄）
药品：暗紫色高锰酸钾固体。反应原理：
2KMnO₄ 加热 → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
实验装置（固+固加热型）：
- 铁架台、试管（管口略向下倾斜）、酒精灯、棉花（防止粉末堵塞导管）、导管、集气瓶、水槽（排水法收集）。
- 收集方法：排水法（因为氧气不易溶于水）或向上排空气法（因为密度比空气大）。
- 验满方法：排水法——集气瓶口有气泡冒出；向上排空气法——用带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃。
方法二：过氧化氢（H₂O₂）分解（二氧化锰催化）
药品：无色过氧化氢溶液（双氧水）、黑色二氧化锰粉末。反应原理：
2H₂O₂ MnO₂ → 2H₂O + O₂↑
优点：不用加热，操作简便，安全环保。装置可用锥形瓶（或试管）加漏斗（或长颈漏斗）和导管。
六、典型例题
例1（容易题）：空气中含量最多的气体是（ ）
A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体
A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体
解答：B。空气体积分数：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%。氮气最多。易错点：学生可能误选氧气，因为觉得氧气重要，但数量上氮气最多。
例2（中等题）：铁丝在氧气中燃烧的实验，集气瓶底部为什么要放少量水或铺一层细沙？写出该反应的化学方程式。
解答：为了防止高温熔融物（Fe₃O₄）溅落炸裂瓶底。反应化学方程式：3Fe + 2O₂ 点燃 → Fe₃O₄。易错点：学生可能忘记放水或写成Fe₂O₃。
例3（拓展题）：实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气，实验结束后，应先撤导管还是先熄灭酒精灯？为什么？
解答：应先撤导管，后熄灭酒精灯。若先熄灭酒精灯，试管内温度降低，压强减小，水槽中的水会被倒吸入热的试管底部，导致试管炸裂。易错点：操作顺序颠倒。
七、常见误区
- 误区1：误认为氧气浓度越高燃烧越剧烈，把“氧气性质活泼”理解为“氧气具有可燃性”。
→ 氧气是助燃剂，本身不燃烧，是支持其他物质燃烧。 - 误区2：分不清“排水法”和“向上排空气法”的验满方法。
→ 排水法：集气瓶口冒出大气泡则满；向上排空气法：带火星木条放在瓶口复燃。 - 误区3：认为铁丝燃烧产物是Fe₂O₃。
→ 铁丝燃烧生成的是Fe₃O₄（黑色），不是Fe₂O₃（红棕色）。
八、学习建议
- 利用顺口溜记忆空气成分：“氮七八，氧二一，零点九四稀有气，零点零三碳和其他”。
- 亲手做一做家庭小实验：用双氧水和马铃薯（含过氧化氢酶）制取氧气，观察木条复燃。注意安全。
- 对比记忆氧气的物理性质和化学性质，尤其注意“不易溶于水”不是“难溶”，鱼能生活就靠那点溶解氧。
- 掌握化学方程式的配平技巧（最小公倍数法），对氧气参与的反应要会配平。
九、知识链接
- 前置知识：小学科学中“燃烧需要空气”、物理中的“密度、溶解性”。
- 后置知识：燃烧条件与灭火原理（九年级）、氧化反应与氧化物、二氧化碳的制取与性质。
- 跨学科：生物中的呼吸作用、光合作用都与氧气密切相关。
十、习题自测
- 下列物质在氧气中燃烧，能生成黑色固体的是（ ）
A. 硫 B. 红磷 C. 铁丝 D. 木炭 - 检验集气瓶里是否充满了氧气，正确的操作是（ ）
A. 将带火星的木条伸入集气瓶中 B. 将带火星的木条放在集气瓶口
C. 将燃着的木条伸入集气瓶中 D. 倒入澄清石灰水 - 工业上制取氧气的主要方法是（ ）
A. 加热高锰酸钾 B. 分离液态空气 C. 电解水 D. 过氧化氢分解
参考答案：
- C（铁丝燃烧生成Fe₃O₄黑色固体）。
- B（向上排空气法验满用瓶口，若伸入瓶内会消耗剩余氧气导致现象不明显）。
- B（工业上利用液态空气中各成分沸点不同进行分离，属于物理变化）。