专题2 走进化学世界
考点一、空气的成分及用途
例1.没有空气就没有生命。下列有关空气的说法错误的是（ ）
A．植物光合作用需要氮气 B．人体呼吸作用需要氧气
C．二氧化碳属于温室气体 D．稀有气体化学性质稳定
【答案】A
【解析】光合作用过程中，水和二氧化碳反应生成有机物和氧气，不需要氮气，A不正确。呼吸作用过程中，有机物和氧气反应生成水和二氧化碳等物质，需要氧气，B正确。二氧化碳是一种温室气体，C正确。稀有气体化学性质稳定，D正确。
考点二、空气中氧气含量测定
例2.为测定空气中氧气的含量，某同学将教材实验进行改进，改进后的实验装置如图所示，（部分夹持装置已忽略），实验时引燃红磷后便熄灭酒精灯。下列有关改进实验的说法不正确的是（教材实验）（改进实验）（ ）
A．红磷燃烧的化学方程式可以表示为：4P+5O22P2O5
B．待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向右移动
C．实验结束后试管内气体的主要成分为氮气
D．改进后的装置能减少测量误差，且对环境更友好
【答案】B
【解析】红磷燃烧的化学方程式可以表示为：4P+5O22P2O5，A正确；待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向左移动，B错误；实验结束后氧气消耗，试管内气体的主要成分为氮气，C正确；改进后的装置防止了燃烧匙伸入集气瓶中时导致的部分气体受热膨胀逸出，实验结果更准确，同时防止了反应生成的五氧化二磷扩散到空气中污染环境，D正确。
考点三、空气污染与防治
例3.2021年河北省PM 2.5平均浓度同比下降15.3%，改善幅度为“十三五”以来最高。下列举措不能改善空气质量的是（ ）
A．开发利用新能源 B．推进低碳交通运输
C．提高森林覆盖率 D．增高炼铁厂的烟囱
【答案】D
【解析】新能源能减少固体污染物的排放，A正确；低碳交通，表明是绿色环保的通行方式，B正确；森林能吸收空气污染物，阻挡固体颗粒进入空气中，C正确；增高烟囱不能减少污染物，D错误。
考点四、氧气的性质
例4.人类的生存离不开氧气，下列关于氧气说法错误的是（ ）
A.硫在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰
B.保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子
C.氧气有助燃性，可用于航天
D.氧气能供给呼吸，与体内的物质反应释放能量，维持生命活动
【答案】A
【解析】硫在氧气中燃烧，产生蓝紫色火焰，A错误；氧气是由氧分子构成的，保持氧气化学性质的最小粒子是氧分子，B正确；氧气能支持燃烧，可用于航天，C正确；氧气能供给呼吸，与体内的物质反应释放能量，维持生命活动，D正确。
考点五、 氧气的实验室制取
例5.通过近一年的化学学习，相信你对制取气体的思路和方法有了一定的了解。如图是小亮同学对氧气制取方法的梳理，请你和小亮同学一起完成下列各题。
（1）用图中A、B、C所示的方法能够制取氧气，是因为它们的反应物中都含有 。
（2）用方法D制取氧气的过程属于 （填“物理”或“化学”）变化。
（3）方法A的反应物中，锰元素的化合价为 。
（4）从绿色环保的角度考虑，实验室制取氧气的最佳方法是 （填字母序号），写出用该方法制取氧气的化学方程式 。
（5）小亮同学欲用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，可供选择的实验装置如下：
请你帮助他选择一种发生装置 （填字母序号，下同），理由是 ；一种收集装置 ，理由是 ；用该装置收集氧气，检验气体已集满的方法是 。
【答案】（1）氧元素；（2）物理；（3）+7；（4）B；2H2O22H2O+O2↑；（5）A或B或C；反应物是固体和液体，不需要加热；D（或E）；氧气不易溶于水（或氧气密度比空气略大）；用排水法收集气体，当集气瓶口有大气泡往外冒出时，表示集满氧气（或把带火星木条放在集气瓶口，若木条复燃，则集满）。
【解析】（1）根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，要制取氧气，反应物中必须含有氧元素，故用图中A、B、C所示的方法能够制取氧气，是因为它们的反应物中都含有氧元素；（2）用方法D制取氧气的过程，没有新物质生成，属于物理变化；
（3）高锰酸钾中钾元素为+1价，氧元素为﹣2价，根据化合物中正负化合价代数和为0，设锰元素化合价为x，（+1）+x+（﹣2）×4＝0，则x＝+7，
（4）过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，从绿色环保的角度考虑，该方法是实验室制取氧气的最佳方法，反应的化学方程式为：2H2O22H2O+O2↑；
（5）过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，该反应是固液不加热型，发生装置选：A或B或C；氧气不易溶于水，可用排水法收集，用排水法收集气体，当集气瓶口有大气泡往外冒出时，表示集满氧气；氧气密度比空气略大，可用向上排空气法收集，氧气具有助燃性，检验氧气是否收集满的方法是：把带火星木条放在集气瓶口，若木条复燃，则集满。
1．空气是人类生产活动的重要资源。下列生活生产中用到的气体不是来自空气的是（ ）
A．炼钢过程用到的氧气
B．磁悬浮列车用到的氮气
C．用于生产氮肥的氨气
D．制作电光源的稀有气体
2．测定空气里氧气含量的实验装置和步骤如下：（已完成装置气密性检查）
①在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份；
②用弹簧夹夹紧胶皮管；
③点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察现象；
④红磷熄灭后，立即打开弹簧夹，观察现象。
其中有错误的实验步骤是（ ）
A．① B．② C．③ D．④
3．空气是一种重要的资源。下列有关空气的说法正确的是（ ）
A．食品包装袋中充入氧气可延长食品的保质期
B．空气污染指数越高，空气质量越好
C．氧循环对维持自然界中物质、能量及生态的平衡有重要意义
D．分离液态空气得到氧气和氮气的过程中发生了化学变化
4．每年的6月5日是“世界环境日”，今年“世界环境日”的中文口号为“蓝天保卫战，我是行动者"。下列行动不利于“保卫蓝天”的是（ ）
A.积极治理沙漠、荒山 B. 加强大气质量监测
C. 有条件的地区大量使用太阳能 D. 露天焚烧固体垃圾
5．测定空气中氧气含量的实验装置如图所示：下列有关说法正确的是（ ）
A．燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭
B．选用红磷是因为反应只消耗O2，生成固态的P2O5
C．装置内水位不会发生变化
D．本实验可以证明空气含有Ｎ2、O2、CO2和稀有气体
6．如图是“测定空气中氧气含量”的两个实验装置，下列有关说法不正确的是（ ）
A．装置a中的气球先变瘪后胀大
B．装置a只能定性判断空气中含有氧气
C．装置b可测得进入集气瓶中水的体积
D．将装置b的红磷换成碳粉也可测得结果
7．下列有关催化剂的说法正确的是（ ）
A．在化学反应后其质量减少
B．在化学反应后其化学性质发生了变化
C．在化学反应后其质量增加
D．催化剂能改变化学反应速率
8．下列有关氧气的说法中，不正确的是（ ）
A．氧气可供给呼吸
B．鱼类能在水中生存，说明氧气易溶于水
C．植物的光合作用是空气中氧气的主要来源
D．焊接或切割金属时使用纯氧代替空气以获得更高的温度
9．关于“加热高锰酸钾制得氧气并用排水法收集”的实验，下列说法正确的是（ ）
A. 制取气体时，先装药品，然后检验装置的气密性
B. 反应结束时，先停止加热，然后将导管移出水面
C. 导气管口开始产生气泡时，立即用装满水的集气瓶收集气体
D. 装有高锰酸钾的试管口要放一小团棉花，目的是防止反应时药品进入导气管
10．下列物质在空气或氧气中燃烧现象的描述，正确的是（ ）
A．镁条在空气中燃烧，冒出浓烈的黑烟，放出热量，生成黑色粉末
B．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四溅，放出热量，生成四氧化三铁
C．木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出热量，产生能使澄请石灰水变浑浊的气体
D．硫在氧气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，产生没有气味的气体
11．如图是硫和铁在空气和氧气中燃烧的实验。铁丝在空气中不能燃烧，但是纳米铁粉在空气中稍加热即可剧烈燃烧。下列说法不正确的是
A．实验甲中观察到燃烧发出淡蓝色火焰
B．实验丙和实验丁的生成物不同
C．从实验丙和丁可以看出增大反应物接触面积可以使反应更剧烈
D．甲、乙装置中水的主要作用是吸收生成的二氧化硫
12．氧气是人类生产活动的重要资源。
（1）下列属于O2的化学性质的是_____（填标号）。
A．O2能支持燃烧
B．O2的密度比空气的密度略大
C．O2在低温、高压时能变为液体或固体
（2）小圳同学进行实验室制备O2的相关探究。
【查阅】他得知在KClO3分解制O2的反应中，Fe2O3可作催化剂。
【实验】他用电子秤称取0.49 g Fe2O3和一定量的KClO3，充分混合后加热至KClO3完全分解，冷却至室温，称得剩余固体的质量为1.98 g。
【计算】①剩余固体中KCl的质量是_____g。
②该反应生成O2的质量（根据化学方程式写出完整的计算步骤）。
【思考】他发现制备O2较慢，猜测KClO3和Fe2O3的质量比可能会影响反应的快慢。
【探究】③他调节KClO3和Fe2O3的质量比制备O2，整理数据绘制出如图，从图中得出KClO3和Fe2O3最佳质量比是_____。
【结论】④根据质量守恒定律，请你计算出小圳同学在【实验】中称取的KClO3的质量为_____g，KClO3和Fe2O3的质量比是_____（填最简比），不是最佳质量比。
13.（2022·安徽）某小组用高锰酸钾制取氧气。下图是实验室中常见仪器，回答下列问题。
（1）仪器①的名称是______。
（2）高锰酸钾制氧气的化学方程式为______。组装氧气的收集装置，可选用______（填序号）。
（3）某同学用排水法收集氧气时，发现水槽中的水变红了，可能是未使用______（填实验用品名称）。若该同学收集的氧气不纯，原因可能是______（写出1点即可）。
14.（2022 湖北黄石）某化学兴趣小组在学习O2制备时，对MnO2做催化剂加快双氧水分解产生了兴趣，他们提出疑问：其他物质能否对双氧水分解速率产生影响？
【查阅资料】影响化学反应速率的因素有很多，如：使用催化剂、改变温度、改变反应物的浓度等。
【实验探究】小组的同学们按图组装，在室温下分别进行了四组实验，并用O2传感器测定实验过程中O2含量的变化情况，得到如下图所示曲线。
组别 试剂
第1组 2 mL 5% H2O2
第2组 2 mL 5% H2O2 + 3滴FeCl3溶液
第3组 2 mL 5% H2O2 + 3滴CuSO4溶液
第4组 2 mL 5% H2O2 +少量MnO2粉末
【实验结论】对比四条曲线，进行分析：
（1）FeCl3溶液、CuSO4溶液对H2O2的分解______（填“有”或“无”）催化作用；
（2）写出实验中催化效果最优的使H2O2分解的化学方程式______；
（3）第1组实验的目的是______；
（4）小组的同学们不加催化剂，在不同温度下，用不同浓度的H2O2进行实验，记录实验现象如下表。据此可得出：升高温度或______（填“增大”或“减小”）反应物浓度可加快H2O2的分解。
温度 H2O2% 50℃ 60℃ 70℃
5% 无明显气泡 无明显气泡 极少量气泡
10% 无明显气泡 无明显气泡 少量气泡
15% 无明显气泡 少量气泡 较多气泡
（5）实验需要30 g10%的双氧水溶液，可用15%的双氧水溶液加______g蒸馏水配置。
15．实验室用68 g过氧化氢溶液和2 g二氧化锰制取氧气，实验中非气态物质的总质量随时间变化如图所示。回答下列问题：
（1）反应中二氧化锰的作用是 。
（2）计算过氧化氢溶液中溶质的质量分数。（写出计算过程）
参考答案
1.C【解析】氧气是空气的主要成分之一，工业上利用分离液态空气的方法大量获取氧气，A正确；氮气是空气中含量最高的气体，B正确；氨气是用氮气和氢气合成的，不属于空气成分，不能从空气中直接获取，C错误；稀有气体是组成空气的成分之一，可以从空气中获取，D正确。
2.D【解析】红磷熄灭后，要等装置冷却至室温再打开弹簧夹观察现象，燃烧结束后立即打开，由于瓶内气体处于受热膨胀状态，会导致观察不到水进入导管或使结果偏小，所以④操作错误。
3. C【解析】空气中氧气的化学性质比较活泼，氮气的化学性质稳定，常充入食品包装袋中做保护气，A错误；空气污染指数越小，空气质量越好，B错误；氧循环对维持自然界中的物质、能量及生态的平衡有重要的意义，C正确；分离液态空气得到氧气和氮气发生的是物理变化，D错误。
4.D【解析】积极治理沙漠、荒山，积极植树、造林、种草可以净化空气，故A行动有利于“保卫蓝天”；加强大气质量监测可以随时检测大气质量，有利于及时治理，故B行动有利于“保卫蓝天”；使用清洁能源可以减少对环境的污染，故C行动有利于“保卫蓝天”；露天焚烧固体垃圾可以产生大量的空气污染物，故D行动不利于“保卫蓝天”。
5.B【解析】该装置测定空气中氧气含量的原理是利用红磷在钟罩内燃烧，消耗钟罩内的氧气，使得压强减少，水面上升。燃烧匙里的红磷不可以换成硫或木炭，它们燃烧的产物分别是SO2和CO2，不能使钟罩内的气体压强减少，燃烧结合后水面也不会上升，而用红磷是因为红磷能在空气里燃烧，生成物为固态的五氧化二磷。但这一实验只能证明空气里含有约1/5的氧气，并不能说明剩余约4/5气体的具体成分。
6.D【解析】燃烧放热气体膨胀气球变小，氧气参加反应气体减少气球变大，A正确；物质能燃烧说明有氧气，B正确；量筒中水减少的体积就是集气瓶中氧气的体积，C正确；C+O2 CO2，生成的CO2是体积，瓶内压强不变，D错误。
7.D【解析】催化剂是指能改变其他物质的化学反应速率，反应前后自身的质量和化学性质不发生改变的物质，故A、B、C错误，D正确。
8.B【解析】氧气不易溶于水，水中溶解有少量的氧气，所以鱼类能在水中生存。
9.D【解析】制取气体时，先检验装置的气密性，后添加药品，A错误；反应结束时，先将导管移出水面，后停止加热，防止水倒吸入试管，试管炸裂，B错误；导气管口有连续均匀气泡时，开始用装满水的集气瓶收集气体，C错误；装有高锰酸钾的试管口要放一小团棉花，目的是防止反应时药品进入导气管，D正确。
10.C【解析】观察并准确描述实验现象是最基本技能。描述时一定要注意光与焰、烟与雾等区别，也切忌以结论代替现象。镁条在空气里燃烧，产生的是大量的白烟，放出大量的热，生成白色固体，A错误；铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体，不能描述成生成四氧化三铁，这是实验结论，B错误；木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出热量，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体，C正确；硫在氧气里燃烧，发出的是蓝紫色的火焰，放出热量，生成一种有刺激性气味的气体。D错误。
11.B【解析】空气中硫燃烧发出淡蓝色火焰，A正确；空气中铁丝无法点燃，没有化学反应，不存在生成物，丁生成四氧化三铁，B错误；反应物之间接触面积越大，反应越剧烈，C正确；二氧化硫是空气污染物，但它溶于水，D正确。
12.A；1.49；0.96 g ；5：4；2.45；5：1；
【解析】（1）氧气具有很强的氧化性，能和很多物质发生氧化反应，可以支持燃烧产、供给呼吸等，支持燃烧属于化学性质，密度比空气大，可变成固体或液体都是氧气的物理性质。
（2）根据2KClO32KCl＋3O2↑可知，氯酸钾、氯化钾和氧气三者之间的质量比为245：149：96，根据题意，反应后固体质量为1.98 g，反应物的固体为氯化钾和氧化铁，氧化铁为反应的催化剂，质量在化学反应前后保持不变，所以固体中氯化钾的质量为1.98 g-
0.49 g=1.49 g，然后以氯化钾的质量为已知条件，根据化学方程式，结合各物质间的质量比关系，可以求出氧气质量为0.96 g。根据单位时间内产生氧气体积的折线图可知，氧化铁和氯酸钾的质量比为5：4，生成氧气的速度最快。根据化学方程式可以求出小圳同学称取的氯酸钾的质量为2.45g,氯酸钾与氧化铁的质量比为5：1，不是反应的最佳质量比。
13.（1）烧杯 （2） ①2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ ②②④⑤或③⑤
（3） ①棉花 ②开始集气瓶中未装满水或未等气泡连续均匀冒出就开始收集等
【解析】【小问1详解】仪器①是烧杯。
【小问2详解】高锰酸钾受热分解为锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑。氧气密度比空气大，可用向上排空气法收集，可用③⑤组装。氧气不易溶于水，可用排水法收集，可用②④⑤组装。
【小问3详解】用排水法收集氧气时，发现水槽中的水变红了，说明高锰酸钾通过导管进入水槽，溶于水。则可能是未使用一团棉花放在试管口，导致固体粉末随气流通过导管进入水槽。该同学使用排水法收集氧气不纯，可能开始集气瓶中未装满水，导致收集的气体中混有集气瓶中的空气。也可能未等气泡连续均匀冒出就开始收集气体，导致混有开始排出的装置内的空气。
14. （1） 有 （2） （3）对比 （4）增大 （5） 10
【解析】（1）分析图像知，FeCl3溶液、CuSO4溶液都可以加快过氧化氢的分解，则对H2O2的分解有催化作用；（2）分析图像知，二氧化锰的催化效果最好，过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解产生水和氧气，方程式是：；（3）第1组实验只用了与其他组相同的双氧水，则第1组实验的目的是对比；（4）分析表格数据，横向看同一浓度的，温度升高分解加快；同一温度下，浓度越大的分解越快；则升高温度或增大反应物浓度可加快H2O2的分解；（5）要加入蒸馏水的质量：。
15.（1）催化作用
（2）解：根据质量守恒定律，反应产生氧气的质量＝68 g+2 g﹣66.8 g＝3.2 g
设产生3.2 g氧气需要H2O2的质量为x
2H2O22H2O+O2↑
68 32
x 3.2 g
x＝6.8 g
过氧化氢溶液的溶质质量分数＝×100%＝10%。
答：过氧化氢溶液的质量分数是10%。
【解析】（1）由催化剂的定义可知，二氧化锰作为催化剂在化学反应中起催化作用，前后本身的质量和化学性质 都没有发生变化。（2）利用质量守恒定律，反应前后物质总质量的差即为放出氧气的质量；根据反应的化学方程式，由放出氧气的质量计算出过氧化氢的质量，然后求出过氧化氢溶液的溶质质量分数即可。
