我们周围的空气

1 一 空气的组成一 空气的组成 1 空气成分的发现过程 1774 年法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分 第一次明确提出空气是由 氧气和氮气组成的 其中氧气约占空气总体积的 1 5 在 19 世纪以前 人们深信空气中仅 含有氮气和氧气 后来陆续发现了氦 氖 氩 氪 氙等稀有气体 2 空气中氧气体积的测量 在红磷燃烧这个实验中 红磷与空气中的氧气反应 生成了一种叫做五氧化二磷的白色固 体 我们可以用文字的形式把这个反应表示出来 五氧化二磷 点燃 氧气红磷 方法点拨 方法点拨 利用过量的红磷燃烧完全消耗其中的氧气而又不产生其他气体 导致压强减小 减小的体 积即为空气中氧气的体积 实验探究 测定空气里氧气的含量 实验用品 a 集气瓶 燃烧匙 导气管 烧杯 弹簧夹 b 红磷 水 实验步骤 在集气瓶口连接一个双孔胶塞 一个孔插燃烧匙 另一孔插导管 并配上弹簧夹 把导管的一端放入水中 用手紧握集气瓶外壁 如果在导管口有气泡冒出 则证明气密 性良好 在集气瓶内加少量水 并做上记号 点燃燃烧匙内的红磷 立即伸入集气瓶中 并把塞子塞紧 实验现象 红磷燃烧 有大量白烟生成 冷却后 打开弹簧夹 集气瓶内的水面上升 而且上升到集气瓶体积的 1 5 实验成功的关键 装置不漏气 若装置漏气 虽然装置内气体减少 但是从外界又进入一些气体 并不能 使压强明显降低 因而水不能上升到集气瓶体积的 1 5 燃烧匙里要放入过量的红磷 目的是使红磷燃烧 尽可能消耗尽集气瓶内的氧气 应该等温度冷却到室温时才可以观察 因为如果温度较高 虽然气体减少 但是压强并 不能减少很明显 因而水也不能上升到集气瓶体积的 1 5 要点提示 集气瓶内盛少量水 一是为防止热的燃烧物溅落炸裂集气瓶 二是为了吸收五氧化二磷 导管内应事先注满水 否则测量结果偏低 3 空气的成分 空气的成分按体积计算 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 要点提示要点提示 2 这里空气中各成分所占百分数是体积分数 也就是说 如果有 100 体积的空气 其中氮气 约 78 升 氧气约 21 升 稀有气体约 0 94 升 二氧化碳 0 03 升 其他气体和杂质 0 03 升 4 纯净物和混合物 纯净物是由一种物质组成的 如氧气 氮气 二氧化碳等都是纯净物 混合物是由两种或多种物质混合而成的 如空气是由氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳等 多种成分组成的 这些物质相互间没有发生反应 各物质都保持各自的性质 误区警示 绝对纯净的物质是没有的 纯净物是相对而言的 混合物都是由纯净物组成的 判断一种 物质是纯净物还是混合物 关键是看这种物质由几种物质组成 不能与物质的名称混淆 如五氧化二磷 是一种物质的名称 是纯净物 冰水共存体虽然是冰和水混合在一起 但是 它们都属于同一种物质 属于纯净物 二 空气是一种宝贵的资源二 空气是一种宝贵的资源 1 氧气 氧气可用于动植物呼吸 医疗急救 金属切割等 人和动植物吸入氧气 氧化分解体内的有机物 释放能量 危急病人呼吸困难 仅通过吸 入空气中的氧气不足以维持他的生命活动所需要的氧气 必须吸入高浓度的氧气 说明氧 气能供给呼吸 乙炔在氧气里燃烧 放出大量的热 氧炔焰的温度可达 3000 以上 钢铁接触到氧炔焰很 快就会熔化 利用这一性质 生产上用来焊接或切割金属 通常称作气焊和气割 说明氧 气支持燃烧 工业制氧气 分离液态空气法 原理 氮气和氧气的沸点不同 物理变化 实验室制氧气原理 1 2H2O2 MnO2 2H2O O2 2 2KMnO4 K2MnO4 MnO2 O2 3 2KClO3 MnO2 2KCl 3O2 3 气体制取与收集装置的选择 发生装置 固固加热型 固液不加热型 收集装置 根 据物质的密度 溶解性 5 制取氧气的操作步骤和注意点 以高锰酸钾制取氧气并用排水法收集为例 a 步骤 查 装 定 点 收 移 熄 b 注意点 试管口略向下倾斜 防止冷凝水倒流引起试管破裂 药品平铺在试管的底部 均匀受热 铁夹夹在离管口约 1 3 处 导管应稍露出橡皮塞 便于气体排出 试管口应放一团棉花 防止高锰酸钾粉末进入导管 排水法收集时 待气泡均匀连续冒出时再收集 刚开始排出的是试管中的空气 实验结束时 先移导管再熄灭酒精灯 防止水倒吸引起试管破裂 3 用排空气法收集气体时 导管伸到集气瓶底部 6 氧气的验满 用带火星的木条放在集气瓶口 检验 用带火星的木条伸入集气瓶内 7 催化剂 触媒 在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率 而本身的质量和化学 性质在反应前后都没有发生变化的物质 一变两不变 催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用 8 常见气体的用途 氧气 供呼吸 如潜水 医疗急救 支持燃烧 如燃料燃烧 炼钢 气焊 氮气 惰性保护气 化性不活泼 重要原料 硝酸 化肥 液氮冷冻 稀有气体 He Ne Ar Kr Xe 等的总称 保护气 电光源 通电发不同颜色的光 激光技术 9 常见气体的检验方法 氧气 带火星的木条 二氧化碳 澄清的石灰水 氢气 将气体点燃 用干冷的烧杯罩在火焰上方 或者 先通过灼热的氧化铜 再通过无水硫酸铜 9 氧化反应 物质与氧 氧元素 发生的化学反应 剧烈氧化 燃烧 缓慢氧化 铁生锈 人的呼吸 事物腐烂 酒的酿造 共同点 都是氧化反应 都放热 2 氮气 1 氮气的用途 氮气的用途广泛 它是制硝酸和化肥的主要原料 由于氮气的化学性质不活泼 常用作保 护气 由于其沸点较低 用液态的氮气汽化时吸热来提供低温环境 用作液氮冷冻麻醉剂 超导材料的环境改造剂 2 氮气的性质 物理性质 通常状况下 氮气是一种无色无味的气体 不溶于水 密度比空气的小 化学性质 氮气的化学性质不活泼 一般情况下不能支持燃烧 不供给呼吸 也不与其 他物质反应 但在一定条件下 氮气可以和某些物质反应 例如 合成氨 制氮肥 生物 固氮等 方法点拨方法点拨 物质的物理性质一般指颜色 状态 气味 熔点 沸点 硬度和密度 以及是否溶于水等 这些性质不需要通过化学反应就能表现出来 3 稀有气体 1 物理性质 在通常状况下 稀有气体都是无色无味的气体 2 化学性质 化学性质极不活泼 过去人们认为这些气体不跟其他物质发生化学反应 曾把它们叫做惰性气体 但随着科学技术的发展 已经发现有些稀有气体在一定条件下也 4 能与某些物质发生化学反应 生成其他物质 3 用途 保护气 如焊接金属是用稀有气体来隔绝空气 灯泡中充入稀有气体以使灯泡经久耐用 电光源 稀有气体在通电时发出不同的光 灯管里充入氩气 通电时发出蓝紫色光 充 入氦气发出粉红色光 充入氦气发出红光 用于激光技术 氦气可作冷却剂 氙气可作麻醉剂 三 保护空气三 保护空气 1 空气中的主要污染物 主要是有害气体和烟尘两类 有害气体有 一氧化碳 一氧化氮 二氧化硫 二氧化氮等 2 空气污染的危害 被污染的大气严重损害人体健康 影响作物生长 破坏生态平衡 全 球气温变暖 臭氧层破坏和酸雨等也都与空气污染有关 3 防治空气污染的措施 加强大气质量监测 研制和开发洁净能源 采用化学方法处理工 业生产中产生的有害气体 在汽车上安装尾气净化装置 积极植树造林 种草 练习 练习 一 选择题 1 将等容积 等质量 含瓶塞 导管 燃烧匙及瓶内少量 的细砂 的两集气瓶氧气置于天平的左右两盘 调至平衡 放入等质量的白磷和木炭 如图所示 塞紧瓶塞 然后分 别设法将其点燃 使二者充分燃烧后冷却至室温 打开弹簧 夹 a 此时的天平 A 指针偏向右 B 指针偏向左 C 仍处于平衡状态 D 指针先向左后向右偏 2 一氧化氮是汽车尾气中的一种大气污染物 它是无色气体 难溶于水 密度比空气略大 在空 气中能与氧气迅速反应生成红棕色的二氧化氮 在实验中 收集一氧化氮时可选用的收集 方法是 A 向下排空气法 B 向下排空气法 C 排水集气法 D 排水集气法或向下排空气法 3 2008 年 9 月 27 日 我国航天员翟志刚进行了首次太空行走 在此次活动中需要 人造 空气 来供航天员呼吸 这种 人造空气 中含有体积分数为 70 的氮气 20 以上的氧 气 还有二氧化碳 下列关于 人造空气 的说法中 不正确的是 A 人造空气 比空气中的氮气含量低 B 人造空气 中供给航天员呼吸的是氧气 C 人造空气 中的氧气和空气中的氧气化学性质相同 D 氮气对航天员呼吸没有任何作用 因此 人造空气 可以不需要氮气 4 空气中含量最多的气体是 A 氮气 B 二氧化碳 C 氧气 D 稀有气体 5 空气成分中 体积分数约占 78 的是 5 A 氮气 B 氧气 C 二氧化碳 D 稀有气体 6 下列物质中 属于纯净物的是 A 橙汁饮料 B 五氧化二磷 C 空气 D 稀盐酸 7 为了经久耐用 在灯泡中可填充的气体是 A 氧气 B 氮气 C 氯气 D 二氧化硫 8 下列关于空气各成分的说法中 错误的是 A 空气中氧气的体积分数约为 21 B 氦气化学性质不活泼 可用于食品防腐 C 二氧化碳在空气中的含量增多会引起温室效应 属于空气污染物 D 空气中的稀有气体一般不跟其他物质反应 又被称为 惰性气体 9 保护空气 使天空更蓝 下列做法不合理的是 A 随意大量燃放鞭炮 B 使用绿色公共交通出行 C 开发和利用各种清洁能源 D 将工业废气处理后再排放 10 生态文明贵阳国际论坛 2015 年年会将于 6 月 26 日在贵阳举行 今年论坛将以 走向 生态文明新时代 新议程 新常态 新行动 为主题 若你是本次论坛的志愿者 你倡 导 A 大量使用一次性碗筷 B 发放大量塑料袋方便来宾生活 C 开幕式大量燃烧鞭炮 D 践行绿色生活 每位来宾参与植树 11 2015 年 6 月 5 日是 世界环境日 活动主题是 可持续的生活方式 下列行为不符 合要求的是 A 出行方式尽量采用步行 骑自行车或公交车 B 减少制造垃圾 实行垃圾分类或回收 C 随手关灯和关水龙头 节约用电用水 D 为节约粮食 将霉变大米 花生等蒸煮食用 12 在实验的过程中多次重复实验的主要原因是 A 得到较多的数据 B 得出不同的结论 C 实验失败后重新再做 D 避免偶然现象 使结果更真实 13 向量筒中注入水 仰视读数为 m mL 到出一部分水后 俯视读数为 n mL 则 到出的水的体积是 mL A m n B 大于 m n C 小于 m n D 无法判断 二 实验 探究题 14 用下图 A 所示装置测定空气中氧气的含量 1 实验时 取下橡胶塞 点燃红磷迅速伸入集气瓶中并塞紧橡胶塞 这时看到的现象是 2 小倩设计了如下图 B 所示的改进装置 其优点是不污染空气或操作简便或实验误差 较小 只写一点 从理论上分析 玻璃管内液面最终将上升至 处 填 1 2 3 4 但 实验测结果液面往往偏低 其原因可能是 其他合理答案均可 只写一条 6 15 李明同学为了测量空气中氧气的含量 他设计了如下实验 1 查阅资料 氧气约占空气体积的 l 5 常温下氮气难溶于水 2 初步测量集气瓶的 体积 并加少量一定体积的水 3 接下来应完成的操作是 4 打开止水夹 观察并测量水面变化情况 5 分析结果 他发现集气瓶中气体减少的 体积小于 1 5 请你帮助分析产生此结果的原因 至少三条 16 用右图装置测定空气中氧气的体积分数时 燃烧匙中红磷燃烧的现象是 红磷熄灭后 打开止水夹可观察到的现象是 如果实验测定的氧气体积分数小于 则可能原因是 写两点 燃烧匙中的红磷 填能或不能 用硫代替 理 由是 17 某同学用右图装置粗略地测定空气中氧气的体积分数 图中烧杯中盛放的生石灰 即氧化钙 与水反应生成氢氧化 钙 同时放出大量热 烧杯上方玻璃管 预先固定好 中部 有一可左右滑动的活塞 活塞左端管内封有空气 活塞右端 的玻璃管口跟外界空气连通 白磷很易燃且燃烧产物与红磷 燃烧的产物相同 实验开始前活塞处在刻度 5 cm 处 1 向烧杯内加入适量水 与生石灰反应的目的是 2 可观察到玻璃管内开始时发生的现象 活塞向 移动 3 反应结束 恢复到室温后 活塞应停在约 cm 处 据此可得出的结论 是氧气约占空气体积的氧气约占空气体积的 1 5 18 按右图组装仪器 关闭止水夹 通电使红磷燃烧 请 回答下列问题 1 燃烧的现象是 2 红磷燃烧一段时间后 自动熄灭了 你认为原因是 3 冷却后 松开止水夹 你观察到的现象为 7 19 已知空气中氧气的体积分数为 21 小兰同学用右图所示的装置进行验证 实验后发 现测得的氧气体积分数小于 l 5 请你帮她分析造成这种结果的可能原因 至少答两点 20 已知空气的主要成分是氮气和氧气 某课外活动小组设 计测定空气中氧气含量的实验 实验装置如图 2 2 所示 红磷在集气瓶中发生反应的文字表达式为 该实验中红磷稍过量 目的是 待燃烧停止 白烟消失并冷却后 打开止水夹 观察到烧 杯中的水进入集气瓶 瓶内水量越是 由本实验 还可以推知氮气的哪一性质 试写出其中一种 若将红磷换成炭粉 该实验能否获得成功 理由是 21 按右图组装仪器 关闭止水夹 通电使红磷燃烧 请回答下列问题 1 燃烧的现象是 2 红磷燃烧一段时间后 自动熄灭了 你认为原 因是 3 冷却后 松开止水夹 你观察到的现象为 22 下图所示是铁丝在氧气中燃烧的全过程 请回答下列问题 1 选用的铁丝如果表面有 绣 应用 进行处理 这个变化属于 变化 2 铁丝为什么要绕成螺旋状 集气瓶内为什么要预先装少量水或铺一层细 砂 点燃火柴后 铁丝插入集气瓶中的适宜时刻 和方法是 23 化学实验是学习化学的基础 小明想对铁丝在氧气中燃烧的现象进行探究 提出问题 铁丝在氧气中燃烧为什么会产生火星四射现象 查阅资料 含碳细铁丝燃烧时 其中的 碳粒生成的二氧化碳气体在熔融液态物质中形成气泡 熔融液态物质因气泡炸裂引起 火 星四射 现象 设计实验 小明将纯镁条和不同含碳量的铁丝 镁条和铁丝直径均为 8 0 4mm 放入氧气中燃烧观察现象 请你根据上述装置图回答问题 1 铁丝的末端系一根火柴的作用是 写出铁丝在氧气中燃烧的文字表达式 2 小明按照上述装置图进行实验时 集气瓶底放少量的水 原因是 3 下表是小明进行试验所记录的实验现象 物质镁条含碳 0 05 的铁丝含碳 0 2 的铁丝含碳 0 6 的铁丝 燃烧时 的现象 剧烈燃烧 发出 耀眼白光 无火星 剧烈燃烧 极少火星 剧烈燃烧 少量火星 未填 表达与交流 根据上述内容 你认为表中未填的现象是 写出镁条在空气中燃烧的文字表达式 造成铁丝在氧气中燃烧时产生不同现象的原因是 24 如图为实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气的 装置图 回答问题 1 图中有几处明显错误 请你找出其中的两处 2 某同学按照下列实验步骤进行了实验 按要求连接好仪器 向试管中装入固体粉末并固定在铁架台上 将 集气瓶装满水扣 在水槽中 加热试管收集氧气 结束时 先用灯帽盖灭酒精灯 待试管冷却后将导管 移出水槽 请你分析 该同学的实验中缺少的关键步骤是 还有一步明显的错误 操作 这种错误可能引起的后果是 信你已经掌握了实验室制取气体的有关知识 请结合下列装置图 回答问题 写出有标号的仪器名称 实验室用高锰酸钾制取氧气 应选用的发生装置是 在加入药品之前应对实验 25 我们的生活中离不开空气 1 空气是混合物 其成分中含有氧气 稀有气体 二氧化碳等 其中氧气按 体积计算约占空气含量的 填百分数 2 防止空气污染 是我们每个人的责任 请提出一条减少空气污染的建议 3 二百多年前 法国化学家拉瓦锡对空气的成分进行研究 用汞在密闭空气中加热 得 到的氧化汞是 色的固体 汞在空气中加热发生反应的文字表达式为 4 初中阶段 我们 用如右图所示的装置和药品研究空气的组成 写出发生反应的文字 表达式 实验过程中 燃着的红磷熄灭后 当冷却至 室温时 水能进入集气瓶中 其原因为 若实验中测得 氧气的体积分数低于理论值 则造成此误差的可能原因有哪些 9 26 探究 能使带火星的小木条复燃的气体一定是纯氧吗 我们已经知道氧气能使带火星的小 木条复燃 那么能使带火星的小木条复燃的是否一定是 纯氧呢 为了弄清楚这个问题 某化学探究小组进行了如下探究 步骤如下 取 5 个大小相同的集气瓶 分别编号为 1 2 3 4 5 并分别使瓶内留有占集气瓶容 积 10 20 30 40 50 的水 余下为空气 用玻璃片盖住并倒扣在装有水的水 槽中 分别用排水法向上述 5 个瓶子中通入氧气 小心地把 5 个瓶内的水排完后 用玻 璃片盖住瓶口 取出正放好 分别将带火星的木条伸入 5 个瓶中 观察到的现象如下 编号12345 现象微亮亮很亮复燃复燃 请你参与探究 回答下列问题 1 从观擦到的现象可知 使带火星的小木条复燃所需氧气的最小体积分数介于 号瓶与 号瓶之间 2 用排水法收集到氧气后 4 号瓶中氧气的体积分数约为 提示 空气中氧气 的体积分数约为 21 3 若要得到更准确的体积分数范围 只要调整 步骤中集气瓶内水的体积 并重复上述 实验即可 你认为调整后瓶内水占集气瓶容积的体积分数为 27 小颖同学和她的化学兴趣小组利用下列装置进行实验 实验目的 用高锰酸钾制取一瓶氧气做 碳燃烧实验 粗略测定加热 高锰酸钾所收集到的氧气体积 反应原理 用文字表达式表示 注明并反应类型 A B C D 高锰酸钾制氧气 碳在氧气中燃烧 仪器认识 1 写出仪器的名称 2 用图 D 所示的方法进行气密性检查 如果装置不漏气 可以看到导管口有气泡冒出 将手松开一段时间后 导管仍插入水中 可以看到的现象是 2 分 装置连接 为达到实验目的 各装置的连接顺序是 填接口的字母 a d 问题分析 在实验过程中试管破裂原因可能是 答两条原因 28 科学探究是奇妙的过程 请你一起参与实验探究 并填写下列空白 提出问题 小松同学用双氧水 过氧化氢溶液 清洗伤口时 不小心将过氧化氢溶液滴 到水泥地面上 发现有大量气泡产生 小松联想到自己曾经用二氧化锰作过氧化氢溶液的 催化剂 他想 水泥块能否也可作过氧化氢分解的催化剂呢 于是他到附近建筑工地取回 一些小水泥块 并用蒸馏水浸泡 冲洗 干燥 进行以下探究 猜想 水泥块能作过氧化氢分解的催化剂 10 实验验证 实验步骤实验现象实验结论 实验一 木条不复燃常温下过氧化氢不分解 或分解速率非常缓慢 实验二在装有过氧化氢溶液 的试管中加入水泥块 然后将带火星的木条 伸入试管中 木条复燃 结论 水泥块能加快过氧化氢的分解速率 故水泥块能作过氧化氢分解的催化剂 讨论与反思 小芳认为 仅凭上述两个实验还不能证明水泥块为过氧化氢反应的催化剂 她觉得还需要增加一个探究实验 探究 实验步骤 1 准确称量水泥块的质量 2 完成实验二 3 待反应结束 将实验二试管里的物质进行过滤 洗涤 4 对比反应前后水泥块的质量 分析 如果水泥块反应前后质量不变 则说明可以作过氧化氢的催化剂 但小华认为 要证明小松的猜想 小芳的补充实验还是 不足 还需要补充一个探究实验 探究 29 某化学兴趣小组对教材中 测定空气里氧气体积含量 的实验 见图 I 进行了大胆 改进 设计图 选用容积为 45mL 的 18 180mm 的试管作反应容器 实验方案进行 收到了良好的效果 请你对比分析下面图 I 图 实验 回答下列有关问题 1 写出红磷燃烧的文字表达式为 2 若用图 I 装置实验结果是 空气中氧气含量与正常值有明显的偏差 其操作上的原因 可能是 红磷的量不足 或装置未冷却至室温就打开弹簧夹等 3 图 实验中 铁架台略去 的操作步骤如下 点燃酒精灯 读取注射器活塞的数 据 撤去酒精灯 待试管冷却后松开弹簧夹 将少量红磷平装入试管中 将 20mL 的 注射器活塞置于 10mL 刻度处 并按图 中所示的连接方式固定好 再将弹簧夹紧橡皮管 你认为正确的实验操作顺序 是 填序号 4 图 实验中 注射 器活塞将 从 10mL 刻度处慢慢前移到约为 mL 刻度处才 停止 30 在点燃蜡烛时 小红发现有一根烛芯沾有食盐的蜡烛比普通蜡烛燃烧的时间长一些 请 你与小红一起探究 并回答相关问题 11 提出问题 盐是否能延长蜡烛的燃烧时间 猜想 一定量的食盐可延长蜡烛的燃烧时间 实验探究 实验目的 探究不同量的食盐对蜡烛燃烧