空气组成和氧气含量的测定(基础)知识讲解.docVIP

空气组成和氧气含量的测定（基础）撰稿：熊亚军 审稿：于洋 【学习目标】1.记住空气中各成分的体积分数；了解空气主要成分的性质和用途；了解空气污染的原因、危害及防治措施。2.掌握空气中氧气含量测定的实验原理、装置、操作方法以及误差分析。3.认识纯净物、混合物的概念，并能从物质的组成上区分纯净物和混合物。【要点梳理】要点一、拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分（高清课堂空气组成和氧气含量的测定）二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。实验装置图如下： 这个著名实验是：把少量的汞放在一个密闭的容器里连续加热12天，结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约1/5；他研究了剩余的那部分气体，发现它既不能供动物呼吸，也不支持燃烧，这正是氮气；他把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个容器里加热，除了得到汞以外，还得到了氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积；他把得到的氧气加到前一个容器中剩下的约4/5体积的气体里，结果得到的气体与空气的性质完全一样。 【要点诠释】拉瓦锡实验结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。要点二、测定空气中氧气含量的方法1实验原理：利用红磷在空气中燃烧，将集气瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷白色固体，使密闭容器内压强减小；在大气压作用下，进入集气瓶内水的体积即为减少的氧气的体积。2实验装置：3实验步骤：（1）将仪器连接好并检查装置的气密性。（2）在集气瓶底装入少量的水，再把剩余的容积分成五等份并做上记号。（3）用弹簧夹夹紧乳胶管。（4）在燃烧匙内放入过量的红磷。（5）点燃红磷迅速伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。（6）红磷燃烧停止，待集气瓶冷却到室温后，打开弹簧夹。4实验现象：（1）红磷燃烧产生大量白烟并放出热量。（2）打开弹簧夹后烧杯中的水倒吸入集气瓶中，进入水的体积约占集气瓶中空气体积的1/5。5. 实验结论：氧气约占空气体积的1/5。【要点诠释】1. 可燃物必须选用燃烧后生成物为固体的物质。不能选用木炭、硫等，因为木炭、硫燃烧产生的是气体物质，且与所耗氧气体积相同，使瓶内外气压相等，水不会倒吸入瓶中。2.红磷必须过量，燃烧时才能使容器内氧气消耗完。3.红磷燃烧停止后，要等集气瓶内温度降至室温，方可打开弹簧夹。4.该实验还能得到的结论：氮气（集气瓶内剩余的气体主要是氮气）具有不能燃烧、不支持燃烧和难溶于水的性质。5.实验后测得氧气的体积分数小于21%的原因：（1）红磷的量不足（则不能将集气瓶内空气中的氧气完全反应掉，集气瓶内水面上升不到原瓶内空气体积的1/5，导致测得空气中氧气的体积分数偏小）。（2）装置漏气（当集气瓶内氧气耗尽时，瓶内压强减小，瓶外空气会进入集气瓶内，导致进入水的体积减小，测得的氧气的体积分数偏小）。（3）装置未冷却到室温就打开弹簧夹（温度较高气体压强较大，进入瓶内水的体积减小，引起测定结果偏低）。6.测定结果大于21%的原因：（1）点燃红磷前未用弹簧夹夹紧乳胶管（红磷燃烧放热会使部分空气由导管逸出，烧杯水中冒气泡；最后造成水进入集气瓶的体积大于1/5）。（2）将点燃的燃烧匙伸入瓶内太慢（放出的热将瓶内的部分空气赶出瓶外；冷却后打开止水夹，进入集气瓶水的体积大于1/5）。要点三、空气的组成空气的主要成分是氮气和氧气，分别约占空气总体积的4/5和1/5。空气的成分按体积计算如下表：气体氮气(N2)氧气（O2）稀有气体(氦气、氖气、氩气等)二氧化碳(CO2)其他气体和杂质占空气总体积的比例78%21%0.94%0.03%0.03%【要点诠释】1.空气中各气体的含量是体积分数，不是质量分数。2.空气是一种混合气体，组成比较固定，特别是氧气、氮气、稀有气体的成分几乎不变，但个别地区略有不同。要点四、纯净物和混合物物质纯净物混合物概念只由一种物质组成的物质叫纯净物由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物区别由同种物质组成，即相同的分子、原子或离子，具有固定的组成可以用化学式表示，如氧气用O2表示有固定的化学性质由不同种物质混合而成，各种物质彼此间不反应，没有固定的组成不能用化学式表示无固定性质（如熔、沸点等），各自保持原物质的性质举例氧气、氮气、二氧化碳、蒸馏水、氢氧化钙等空气、盐水、糖水、矿泉水、铝合金、酱油等联系【要点诠释】混合物是由纯净物混合而成。要点五、空气是一种宝贵的自然资源1.氮气：是无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。氮气的化学性质不活泼。主要用途是用作保护气、合成氮肥等。2.氧气：是无色、无味的气体，密度比空气大，不易溶于水。主要用途是供给呼吸和支持燃烧；医疗、潜水、气焊、炼钢、宇航等都需要用到氧气。3.稀有气体：氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。是无色、无味的气体，难溶于水。化学性质很不活泼，一般情况下不与其他物质反应。通常作保护气、制成多种电光源、用于激光技术；氦用于制造低温环境；氙用于医疗麻醉。4.空气的污染及防治污染空气的物质粉尘；有害气体（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）污染物的主要来源矿物燃烧；工厂的废气；汽车排放的尾气等空气污染的危害损害人体的健康；影响作物生长；破坏生态平衡；导致全球气候变暖；破坏臭氧层；形成酸雨空气污染的防治使用清洁能源；工厂的废气经过处理后再排放；使燃料充分燃烧；对化石燃料进行脱硫处理；积极植树、造林、种草等【要点诠释】1.空气质量日报中的“首要污染物”包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、粉尘（可吸入颗粒物）和臭氧等。2.氮气和稀有气体作为保护气，是利用它们的稳定性。但是“稳定”是“相对”而不是绝对的，在一定条件下，氮气及有些稀有气体也能与某些物质发生化学反应。【典型例题】类型一、考查空气的组成1.按体积计算，空气中含量最多的是（ ） A.氮气 B.氧气 C.稀有气体 水蒸气【答案】A【解析】空气的成分按体积分数计算，大约是：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他气体和杂质0.03%。【总结升华】要牢记空气中各成分的体积分数。2.空气中含量较多且性质比较活泼的气体是（ ） 水蒸气氮气氧气 D.二氧化碳【答案】C【解析】氮气约占空气体积的4/5，氧气约占空气体积的1/5，且氧气的化学性质比较活泼，在一定条件下，能与许多物质发生化学反应。【总结升华】要掌握空气中各成分的体积分数及主要气体的性质。举一反三：【变式1】最早通过实验测定出空气组成的科学家是 ( )A.瑞典的舍勒 B.英国的汤姆生C.法国的拉瓦锡 D.意大利的阿伏加德罗【答案】C【变式2】关于稀有气体的叙述中，错误的是（ ） A.稀有气体是空气中含量最多的气体 B.都是无色无味的气体 C.一定条件下能跟其他物质发生化学反应 D.在空气中的含量为0.94%【答案】A类型二、考查空气中氧气含量的测定3.为了测定空气的成分，按右图所示装置做实验：（1）装置连接好后，先要检查装置的 。（2）将燃烧匙中过量的红磷点燃后放入集气瓶中，红磷燃烧产生 。 （3）反应停止，待集气瓶冷却后打开止水夹，烧杯中的水会 ,约达到集气瓶内空气体积的 为止。（4）此实验说明空气中含有 ，大约占空气总体积的 。【答案】（1）气密性（2）大量白烟 （3）倒吸入集气瓶中 1/5 （4）氧气 1/5【解 析】过量的红磷燃烧，将集气瓶中的氧气完全消耗掉，使瓶内压强减小；冷却后打开止水夹，烧杯中的水被倒吸入集气瓶内，所进水的体积和消耗掉氧气的体积相等。【总结升华】该实验还能得到的结论：氮气（集气瓶内剩余的4/5气体主要是氮气）具有不能燃烧、不支持燃烧和难溶于水的性质。举一反三：【变式】同学们用上图（例3图）所示装置测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量的水，并做上记号。下列说法中，不正确的是()A.实验时红磷一定过量B.点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管C.红磷熄灭后立刻打开弹簧夹D.最终进入瓶中水的体积约等于氧气的体积【答案】C类型三、考查纯净物和混合物4.下列物质中，属于纯净物的是 ( )A.海水 B.汽油 C.蒸馏水 D.空气 【答案】C【解析】蒸馏水为纯净物，其他物质都是混合物。【总结升华】只由一种物质组成的物质叫纯净物，由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物。举一反三：【变式】下列物质中，属于混合物的是（ ） A.高锰酸钾 B.二氧化碳 C.氧气 D.澄清的石灰水【答案】D类型四、考查空气污染5.在治理城市空气污染中所采取的措施不正确的是（ ）A少用煤作燃料 B增加绿地面积C焚烧落叶 D汽