3.1-3.2 空气与氧气 氧化与燃烧(原卷版)

3.1-3.2空气与氧气氧化与燃烧

【思维导图】

一、【知识点全掌握】

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二、空气的主要成分和组成

空气成分氮气氧气稀有气体二氧化碳其他气体和杂质

体积分数78%21%0.94%0.03%0.03%

特点相对固定可变

二、测定空气中氧气体积分数的实验方法

1.实验原理

空气是由氧气和氮气等多种气体组成的，为了测定空气中氧气的体积分数，可以选择某种能与

空气中氧气反应而不与空气中氮气及其他气体反应的固体物质（如红磷、汞、铁、铝），利用

氧气与该物质反应后生成固体物质，使密闭容器中气体体积减小（减小的体积即为氧气的体

积），气体压强减小，引起水面发生变化，从而确定空气中氧气的体积分数。

2.实验步骤

（1）连接装置：在集气瓶口连接一个双孔胶塞，一孔插燃

烧匙，另一孔插导管（配有弹簧夹），导管另一端伸入盛有

水的烧杯中，如图所示。

（2）检查气密性：把导管的一端放入水中，两手紧握集气

瓶外壁，如果在导管口有气泡冒出，松开两手，使它冷却，

导管中形成一段水柱，则证明气密性良好。

（3）在集气瓶内加少量水，并做上记号，把剩余的容积用记号划分成5等份。

（4）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。

（5）待红磷熄灭并冷却至室温后，振荡集气瓶，打开弹簧夹。

3.实验现象

（1）红磷燃烧，有大量白烟生成。

（2）集气瓶内的水面上升。

4.实验结论

（1）红磷燃烧的文字表达式：红磷氧气点燃五氧化二磷

（2）集气瓶内的水面上升，说明空气中的氧气被消耗掉了。

5.测定空气中氧气体积分数的实验分析与评价

（1）红磷燃烧消耗完氧气后，不能继续燃烧，说明氮气不能支持燃烧；集气瓶中水面上升1/5

后不再上升，说明氮气不溶于水；空气是无色无味的气体，说明氮气、氧气都是无色无味的气

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体。

（2）实验成功关键：

①装置不能漏气；

②集气瓶中预先要加少量水（防止高温

熔融物落入瓶底使瓶底炸裂）；

③红磷点燃后要立即伸入集气瓶中，并

塞紧胶塞；

④待红磷熄灭并冷却后，再打开弹簧

夹。

（3）不能用木炭代替红磷做上述实验，原因是木炭燃烧产生的二氧化碳是气体，集气瓶内气

体压强基本没有变化（二氧化碳在水中极少量溶解），不能很好地测出氧气的体积。

★扩展：二氧化碳易被氢氧化钠溶液吸收，所以若用氢氧化钠浓溶液代替水时，可用木炭、硫

粉代替红磷做该实验。

（4）进入瓶中水的体积一般小于瓶内空间的1/5的可能原因是：

①红磷量不足，使瓶内氧气未耗尽；

②胶塞未塞紧，使外界空气进入瓶内（漏气）；

③未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减小；

④本实验条件下，氧气浓度过低时，红磷不能继续燃烧，瓶内仍残余少量氧气。

三、氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、稀有气体的主要性质和用途

成分主要性质主要用途

化学性质：用于动植物呼吸，支持燃烧潜水、医疗急救、炼钢、气焊以及化工生产

氧气

物理性质：无色、无味、不易溶于水和宇宙航行等

制硝酸和化肥、炸药的重要原料，因其化学

化学性质：不活泼

氮气性质不活泼，常用作保护气，医疗上用于冷

物理性质：无色、无味、不溶于水

冻麻醉，还可用作超导材料

化学性质：能与澄清石灰水反应产生沉淀；干冰用于人工降雨，保藏食品；工业原料，

二氧

不能燃烧，一般不支持燃烧用于制纯碱、尿素和汽水；可用于灭火；参

化碳

物理性质：无色、无味气体，密度比空气大与植物光合作用，生成淀粉等糖类

稀有化学性质：很不活泼（惰性）用作保护气，用于航标灯、闪光灯、霓虹灯

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气体物理性质：无色、无味，通电时能发出不同的电光源，用于激光技术，氦气制造低温环

颜色的光境作冷却剂，氙气用于医疗麻醉

四、氧气

1.氧气的物理性质：通常情况下，氧气是一种无色无味的气体；在标准状况下（273K，

101kPa），其密度为1.429g/L，比空气的密度（1.293g/L）略大；不易溶于水。

183℃218℃

氧气的三态变化为：氧气淡蓝色液体蓝色雪花状固体。工业生产的氧气，一般贮存在

101kPa101kPa

蓝色钢瓶里。

2.氧气的化学性质：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在一定条件下能跟许多物质发生化学

反应，同时放出热量。在化学反应中，氧气提供氧，是一种常用的氧化剂。

下表列出了一些物质在氧气中燃烧的现象、反应文字表达式及注意事项：

硫在空气和氧气里燃烧铁丝在氧气里燃烧

物质（颜

反应现象反应文字表达式注意事项

色、状态）

发出明亮蓝紫色火

硫焰（空气中是微弱硫的用量不能过多，防止对

（淡黄色固淡蓝色），放出热量，硫氧气点燃二氧化硫空气造成污染。实验应在通

体）有刺激性气味的气风橱中进行。

体产生

发出白光，放出热

点燃

木炭碳氧气一氧化碳（不充

量，生成的气体能夹木炭用的坩埚钳应由上

（灰黑色固点燃

足）碳氧气二氧化碳

使澄清石灰水变浑而下慢慢伸入瓶中。

体）（充足）

浊

红磷燃烧产生大量白烟，

五氧化二磷是固体，现象应

（暗红色固发出白光，放出热红磷氧气点燃五氧化二磷

描述为产生白烟。

体）量

铝箔剧烈燃烧，发出耀把铝箔的一端固定在粗铁

铝氧气点燃氧化铝

（银白色固眼的白光，放出大丝上，另一端缠一根火柴，

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体）量的热，有白色固引燃铝箔。

体产生集气瓶底部先铺一层薄细

沙

细铁丝绕成螺旋状；

铁色剧烈燃烧，火星四

铁丝一端系一根火柴

（银白色固射，放出大量的热，铁氧气点燃四氧化三铁

集气瓶内预先装少量水或

体）有黑色固体生成

铺一层薄细沙

五、化合反应和分解反应

1.概念

由两种或两种以上的物质生成一种物质的反应叫做化合反应。

由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应叫做分解反应。

2.化合反应与分解反应的比较

反应类型化合反应分解反应

由两种或两种以上的物质生成一种由一种物质生成两种或两种以上物

概念

物质的反应质的反应

ABABABAB

形式

（多变一）（一变多）

参加反应的

两种或两种以上一种

物质种类

生成物质的种类一种两种或两种以上

六、氧气的制取

1.氧气的实验室制法

（1）原理：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑

MnO2

2KClO32KCl+3O2↑

MnO2

2H2O22H2O+O2↑

（2）装置：发生装置与收集装置。

（3）实验操作步骤（以KMnO4受热分解为例）：a.组装仪器；b.检查装置气密性；c.装药

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品；

d.把试管固定在铁架台上；e.点燃酒精灯加热；f.收集气体；g.从水槽中移出导管；g.熄

灭酒精灯。（查装定点收移熄，谐音“茶庄定点收利息”）

（4）收集方法：a.排水集气法（氧气不易溶于水）；b.向上排空气法（氧气密度比空气略

大）。

（5）检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条立即复燃，证明是氧气。

（6）验满方法：a.用排水集气法时，如果集气瓶口有大量气泡冒出，证明瓶中没有水，即已

集满；b.用向上排空气法时，用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃证明集满。

（7）放置方法：盖玻璃片并正放（依据：氧气密度比空气大）。

2.催化剂

（1）概念：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质都没有

变化的物质叫做催化剂。

3.氧气的工业制法

（1）原料：空气

（2）制取方法

①液化蒸发空气法：利用氮气（沸点-196℃）、氧气（沸点-183℃）沸点不同，用液化空气分

离法制取：空气（气态）加压、降温空气（液态）蒸发

氮气（196℃）蒸发

氧气（183℃）蒸发储存于蓝色钢瓶中

②膜分离技术法：将空气通过富集氧气功能的薄膜，即可得到含氧量较高的空气，用该膜进

行多级分离，可得到含氧气90%以上的富氧空气。

七、氧化反应

1.概念：物质跟氧发生的反应叫做氧化反应。

2.对于氧化反应的概念“物质跟氧发生的反应叫做氧化反应”，这里的氧既指氧气，又指含氧的其

他物质。不要叙述为“物质跟氧气的反应”。氧气具有氧化性，是指氧气能使别的物质得到氧，

发生氧化反应，故氧气具有使别的物质发生氧化反应的作用，所以说氧气是一种氧化剂，具有

氧化性。例如：

磷氧气点燃五氧化二磷碳氧化铜高温铜二氧化碳

3.可燃物在被空气中的氧气缓慢氧化过程中所产生的热量如果不能及时散失，就会产生自然发热

的情况。如果热量越积越多，当温度升高到可燃物的着火点时，再遇有充足的氧气，就会引起

自发燃烧——自燃。

八、燃烧与灭火

1.燃烧的条件

（1）燃烧：可燃物跟氧气发生的一种发光、发热、剧烈的氧化反应叫做燃烧。

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（2）燃烧的条件：

a．要有可燃物；

b．可燃物要与氧气（空气）接触；

c．达到燃烧所需的最低温度。（三个条件缺一不可）

2.灭火的原理和方法

（1）隔绝氧气（或空气）。

（2）使温度降到着火点以下。

（3）清除可燃物或使可燃物与其他物品隔离。（只取其一即可）

3.几种常用灭火器

（1）泡沫灭火器：用来扑灭因木材、棉布等燃烧引起的失火。

（2）干粉灭火器：除用来扑灭一般火灾外，还可用来扑灭油、气等燃烧引起的失火。

（3）液态二氧化碳灭火器：用来扑灭图书、档案、贵重设备、精密仪器等的失火。使用时，

手一定要握在钢瓶的木柄上，否则会把手冻伤。

九、燃烧、爆炸、自燃的区别与联系

燃烧爆炸自燃

区可燃物和氧气发生的一种发在有限的空间里发生的急速燃缓慢氧化引起的自发燃烧

别光、发热、剧烈的氧化反应烧

发①可燃物与氧气接触由于急速燃烧发生在有限的空由于缓慢氧化过程中产生的

生②可燃物温度达到着火点间里，聚积大量的热，使气体热量得不到及时散失，聚积

条体积急剧地膨胀而引起爆炸的热量使可燃物温度达到着

件火点而发生自燃

联①燃烧、爆炸、自燃均属于氧化反应

系平静燃烧

剧烈氧化反应在无限空间中急速燃烧

急速燃烧

②氧化反应在有限空间中急速燃烧爆炸

一般情况：如呼吸、金属生锈

缓慢氧化反应

热量聚积达到着火点自然

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【例题精析】

[例题1]（2022•温州）在“烹饪与营养”实践活动中（如图），灶内的木材燃烧一段时间后火焰变

小，某同学用长木棒挑开木材堆后，火焰重新变旺，这是因为（）

A．灶内的木材变更多B．木材的着火点降低

C．木材接触更多空气D．木材的导热性变强

[例题2]（2022•湖州）洗衣机槽清洁剂的主要成分是过碳酸钠（Na2CO4），过碳酸钠是一种白色晶

¯

体，溶于水时会与水反应生成碳酸钠和过氧化氢（化学方程式为：N푎2퐶푂4+퐻2푂¯푁푎2퐶푂3+퐻2

푂2）。现取少许过碳酸钠晶体，加入水形成溶液。

（1）取少量二氧化锰加入试管中，再加入适量该溶液，观察到有气泡产生，为了检验该气体，

可用。

（2）待不再产生气泡时，得到的溶液呈（选填“酸性”或“中性”或“碱性”）。

（3）生成的碳酸钠中碳元素的化合价为。

[例题3]（2022•台州）在实验室里可以用加热氯酸钾与二氧化锰的混合物来制取氧气。

（1）请从下列各图中选择合适的实验装置（部分夹持装置未画出）（填序号）。

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（2）二氧化锰、氧化铁和氧化铝都可以作为氯酸钾加热分解的催化剂。为了比较这三种金属氧

化物对氯酸钾分解快慢的影响，某兴趣小组利用下列器材和药品进行实验。

实验器材：秒表、电子秤、如图中合适的装置。

实验药品：氯酸钾，颗粒大小相同的二氧化锰、氧化铁、氧化铝。

实验步骤：。

[例题4]（2022•温州）小明认为教室内空气中氧气含量比室外低，于是想用红磷测定教室内空气中

氧气的体积分数。老师告诉他，足量的红磷燃烧并不能耗尽空气中的氧气，建议用一氧化氮气

体代替红磷进行实验。

在老师的指导下，小明进行如图所示实验：用注射器获取V1毫升教室内的空气，通过导管缓缓

地全部推入量筒，与量筒内足量的V2毫升一氧化氮气体混合，待充分反应后，读出量筒中剩余

气体体积为V3毫升。

说明：①V1、V2、V3都是在与教室气温、气压相同的状态下测得。

②一氧化氮难溶于水，也不与水反应。

③同温同压下，在氢氧化钠溶液参与下，4体积一氧化氮与3体积氧气恰好完全反应，且产物能

完全被溶液吸收。

（1）小明用气密性良好的注射器，获取V1毫升教室内空气的具体操作是。

（2）实验测得教室内空气中氧气的体积分数为。（用V1、V2、V3表示）

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（3）小明提出，注射器内空气中的二氧化碳也会被氢氧化钠溶液吸收，从而影响实验结果。但

老师指出，相比空气中的氧气含量，二氧化碳对实验结果的影响属于“次要因素”，不是“主要

因素”，可忽略不计。还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要因素”，请再举一例并指明

次要因素。

[例题5]（2021•丽水）建构合理的思维模型，既能促进深度学习，又能提高思维品质。小科建构了

“两组分混合物含量测定”的思维模型：

运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，

空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。

【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。

（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中

的；

【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。

（2）按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是（填“反应刚结

束时”或“冷却到室温时”）；

【交流评价】

（3）已知：在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应。

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小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，规范操作后，测得的氧气

含量将（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；

【继续探究】

（4）运用上述思维模型，小科又设计了图乙的实验装置，其“测定空气中氧气含量”的原理

是。

[例题6]（2022•绍兴）如图是人类对氧化还原反应的认识过程中的三个阶段。

【阶段Ⅰ】得失氧说：物质跟氧发生的反应叫氧化反应，含氧化合物中的氧被夺取的反应叫还原

反应。

【阶段Ⅱ】化合价升降说：凡是出现元素化合价升降的化学反应都是氧化还原反应。化合价升高

的反应叫氧化反应，化合价降低的反应叫还原反应。

【阶段Ⅲ】电子转移说：化合价升降的原因是电子的转移。凡有电子转移发生的化学反应都是氧

化还原反应。失电子的反应叫氧化反应，得电子的反应叫还原反应。

△

¯

（1）根据得失氧说，在H2+CuOCu+H2O化学变化中，H2发生了反应。

（2）电子转移是元素化合价改变的本质原因。失电子后，元素的化合价会（选填“升

高”或“降低”）。

（3）根据化合价升降说，化学反应的四种基本类型与氧化还原反应之间的关系如图所示，其中

乙是反应。

（4）关于氧化还原反应的认识，下列理解正确的是。

A.氧化和还原是相互对立又辩证统一的关系

B.电子转移说是从微观视角来探析和建构氧化还原反应的概念

C.自然界中发生的氧化还原反应对人类的生活和生产都是有利的

D.人类对氧化还原反应的认识过程是一个逐步发展、延伸和完善的过程

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【习题巩固】

一．选择题（共14小题）

1．下列自救措施中，不合理的是（）

A．在山林中遇火灾时，应向顺风方向奔跑，脱离火灾区

B．室内起火，不要急于打开门窗

C．所处烟雾较浓时，应用湿毛巾捂住鼻子，并尽量贴近地面逃离

D．厨房燃气泄漏，不要立即打开抽油烟机

2．某校化学兴趣小组设计实验探究燃烧的条件。将三支试管同时放入盛有80℃热水的烧杯中，有

关说法不正确的是（）

A．三支试管中只有b试管中有白烟产生

B．气球的作用是防止燃烧产物污染环境

C．对比a和b两试管说明CO2不支持燃烧

D．本实验设计能证明燃烧的三个条件

3．为探究物质的燃烧条件，某同学进行了如图所示的实验，下列说法正确的是（）

A．现象①③说明物质的燃烧需要达到一定的温度

B．现象①②说明白磷的着火点比红磷的着火点低

C．现象②③说明物质燃烧需要氧气

D．现象③说明红磷不是可燃物

4．下列说法：①食物腐烂、铁生锈都是缓慢氧化；②燃烧是可燃物与氧气发生的剧烈的氧化反应；

③急速的燃烧一定会发生爆炸；④自燃是缓慢氧化所引起的；⑤白磷在空气中和在氧气中的着

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火点不同；⑥燃烧、自燃、缓慢氧化的共同点都是氧化反应并都有热量产生。其中正确的是（）

A．①②③B．③④⑤C．①②④⑥D．②③⑤

5．着火时，正确处理火情有利于保护生命财产安全，下列处理方式中正确的是（）

A．家用电器着火，应立即用水浇灭

B．厨房天然气泄漏，可打开脱排油烟机排气

C．森林着火时，应顺风跑逃离火场

D．不慎碰倒燃着的酒精灯而着火，应立刻用湿抹布扑盖

6．下列说法正确的是（）

A．氮气的化学性质比较活泼，故常用作保护气，冷冻剂，炸药制作等

B．硫粉在氧气中燃烧，产生蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体

C．分离液态空气制氧气，是根据氮气和氧气的沸点不一样，属于分解反应

D．蒸馏水不能养鱼是因为其中几乎不含氧元素，而氧气和液氧的化学性质是一样的

7．氧气是空气的主要成分之一，实验室常用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。下列说法正确

的是（）

A．红磷燃烧会产生浓厚的白烟

B．燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭

C．红磷燃烧结束后，可以立即打开止水夹

D．本实验可以证明空气含有氮气、氧气、二氧化碳和稀有气体

8．铁丝在氧气中燃烧，此变化的本质特征是（）

A．产生了大量的热

B．剧烈燃烧，火星四射

C．反应前后铁丝变色

D．生成了黑色固体四氧化三铁

9．某化学兴趣小组的同学在老师的知道下，正确完成如图所示的测定空气中氧气含量的两个实验，

已知所用实验装置气密性良好，铜在加热时只与氧气反应生成黑色的氧化铜固体．关于该实验，

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有如下说法：

①实验一中若导管口有气泡冒出，则该因素易导致测得的氧气含量偏小；

②实验二需固定左边注射器的活塞，以减小实验误差；

③停止加热后即可读出注射器内气体的体积约为24mL；

④实验取用铜丝质量的多少不会影响实验结果；

⑤实验二全过程中，可观察到注射器内气体的体积一直在减少；

1

⑥两个实验均能证明空气中约含体积的氧气．

5

其中正确说法的个数有（）

A．1个B．2个C．3个D．4个

10．某同学误将少量KMnO4当成MnO2加入KClO3中进行加热制取氧气，部分物质质量随时间变

化如图所示，下列关于该过程的说法正确的是（）

A．c代表氯化钾

B．t2时刻，O2开始产生

C．t1时刻，KClO3开始分解

D．KMnO4质量在反应前后不变

11．实验室制取氧气的主要步骤有：①固定装置、②装入药品、③加热、④检查装置的气密性、

⑤用排水法收集⑥熄灭酒精灯⑦将导管从水槽中取出．其操作顺序正确的是（）

A．①②③④⑤⑦⑥B．②③①④⑤⑥⑦C．④②①③⑤⑦⑥

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D．④①②⑤③⑥⑦

12．如图装置常用来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识中正确的是（）

A．红磷燃烧产生大量白色烟雾

B．燃烧匙中的红磷可以换成细铁丝

C．该实验可以说明N2难溶于水

1

D．红磷的量不足会导致进入集气瓶中水的体积大于

5

13．如图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，下列说法中正确的是（）

A．红磷燃烧产生大量的烟雾

B．燃烧匙中的红磷可以换成木炭

C．该实验可说明N2难溶于水

D．火焰熄灭后应立刻打开弹簧夹

14．下列对有关实验现象的描述正确的是（）

A．硫在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量的热

B．红磷在空气中燃烧，产生大量白色烟雾

C．镁条在空气中剧烈燃烧，生成氧化镁

D．木炭在空气中充分燃烧，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体

二．实验探究题（共4小题）

15．某同学利用图中装置研究可燃物燃烧的条件。已知：白磷的着火点是40℃，棉花的着火点是

210℃，大烧杯里分别装有15℃的冷水和80℃的热水。实验操作如下表：

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步骤操作现象

①将U型管放入冷水中，打开K1，关闭K2无现象

②打开K2，关闭K1？

③将U型管放入热水中同步骤②现象

④？裹入白磷的棉花燃烧

⑤打开K2，关闭K1裹入白磷的棉花熄灭

（1）步骤②的现象是：。

（2）步骤④的操作是：。

（3）比较分析步骤①、③、④，可以得