空气的组成（解析版）初二升初三化学衔接自学课

第08讲空气的组成【学习目标】1.了解空气的主要成分，初步认识空气是由多种气体组成的混合物2.通过利用化学实验测定空气中氧气含量，形成测定混合气体中某一气体含量的一般思路和方法3.理解气体量的改变引起气压改变，建立化不可见为可见的科学思维【基础知识】1.回顾拉瓦锡测定空气组成的实验（1）氧气的发现历程17世纪中叶以前，人们认为空气只是单一的某种物质，到了18世纪，科学家通过对燃烧和呼吸的研究，才开始认识到空气成分的复杂性。英国化学家丹尼尔·卢瑟福（1749—1819）发现空气中存在氮气；瑞典化学家舍勒（1742—1786）和英国化学家普利斯特里（1733—1804）发现空气中存在氧气，并制得氧气。由于他们受传统的燃素说所束缚，并没有定量的测出空气中氮气和氧气的含量。法国化学家拉瓦锡（1743—1794）摆脱了传统的燃素说的束缚，用定量实验测定了空气的组成，揭示了燃烧是物质与空气里的氧气发生了反应，即提出燃烧的氧化学说，使近代化学取得了革命性的胜利。思考：上述实验现象说明了什么？拉瓦锡做了三点推测：①汞只与空气中的部分气体反应（证据部分银白色汞变红）②汞与气体反应变成固体，使得密闭装置内气体减少，气压变小，从而钟罩内汞液面上升，由于汞槽内上升的汞的体积占密闭装置内空气体积的五分之一，所以空气中气体减少的体积为原来空气体积的五分之一。变成红色粉末的汞只有一部分，很可能是能与汞反应的气体已经被反应完了。根据以上三点拉瓦锡猜测空气中大约有五分之一是氧气，为了验证这一猜想，他把红色粉末收集起来放在另一个小容器里进行加热，得到了银白色的汞和气体，气体的体积刚好等于密闭容器中减少气体的体积；把得到的气体放入前一个剩有五分之四体积的气体的容器中，所得气体的性质与空气的性质完全相同。进一步实验研究发现氧化汞分解产生的气体能供给呼吸和支持燃烧；研究剩余的五分之四的气体的性质发现既不供给呼吸也不支持燃烧。结论：空气由氮气和氧气组成，其中氧气约占空气总体积1/5。（2）拉瓦锡实验的原理：①汞在加热条件下只和空气中的氧气反应而不与其他气体反应；②生成的氧化汞是固体，使密闭装置内的气体减少压强减小；③通过测定进入装置的液体的体积，推测减少气体的体积。（3）测定混合气体中某种成分的含量2.实验室测定空气中氧气的含量（1）拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验的不足：拉瓦锡严肃认真地反复实验进行了实验发现了奥秘，但实验时间较长，实验操作及实验装置比较复杂，且实验过程对环境有污染。（2）改进：选择可燃物燃烧快速消耗氧气使瓶内气压减少，水倒吸。可燃物应满足以下条件反应物角度：只与空气中的氧气反应生成物角度：生成物不能是气体，最好是固体（3）利用红磷燃烧测定空气中氧气含量①原理：②装置：③实验现象红磷燃烧，发出黄光，产生大量的白烟，并放出大量的热；冷却到室温后，打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶内空气体积的1/5。④实验分析：足量的红磷在封闭的容器内充分燃烧，消耗了空气中的氧气，生成五氧化二磷固体，使容器内压强减小，在外界大气压的作用下水进入容器。集气瓶中水只上升约1/5，说明氧气略占空气总体积的1/5，同时也说明说明剩余的气体不能燃烧也不支持燃烧，且不溶于水，进一步说明了氧气略占空气总体积的1/5⑤实验误差分析：结果小于1/5的可能原因：红磷不足；试验结束后，没有冷却到室温就打开止水夹；装置漏气结果大于1/5的可能原因：止水夹未夹紧；塞胶塞时过慢3.空气的组成（按体积分数）在19世纪末，英国的物理学家——瑞利在测量空气中各种气体的密度时，他先将空气中的氧气用燃烧的方法除去，测量剩余气体的密度后，发现每升质量为1.2572克，当时认为这就是氮气的密度。后来，他用别的方法提取纯氮气，结果发现每升质量为1.2508克，两次的结果相差0.0064克，他没放过这一点点差错，紧接看又做了几次实验，但每次的结果都相差0.006克左右。后来，瑞利又用卡文迪许的方法收集了0.5毫升的未知气体，对所得的气体进行了光谱分析，光谱中出现了已知气体不具有的新谱线，他将这种气体命名为“Argon”，也就是氩气(Ar)。通过实验测定，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%。4.物质的分类混合物：像空气这样由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫做混合物混合物没有固定的化学符号;组成混合物的各种成分保持着它们各自的性质。纯净物：像氮气、氧气、二氧化碳等分别只由一种物质组成，它们都是纯净物纯净物可以用化学符号来表示【考点剖析】考点一：空气组成的发现例1.实验是科学探究的重要方法，如图是测定空气成分的相关实验装置，下列有关说法正确的是（）A.该实验开始前应先检查装置气密性B.实验中银白色的固体汞变为红色粉末C.实验过程中汞只消耗曲颈甑内的氧气D.实验结束后，玻璃钟罩内液面低于汞槽中液面【答案】A【解析】A.该实验是探究空气中氧气的含量，所以该实验在密闭体系中进行，因此实验前要检查装置的气密性，故A正确；B.汞在常温下为液体，汞和氧气生成固体氧化汞，氧化汞是红色的固体，所以实验过程中观察到部分银白色的液体汞变为红色，故B错误；C.汞消耗了密闭体系内的氧气，而不是只有曲颈甑内的氧气，故C错误；D.实验结束后，由于密闭容器内氧气被消耗，压强变小，因此玻璃钟罩内液面应该高于汞槽中的液面，故D错误；故选：A。考点二：实验室测定空气中氧气的含量例2.

用如图装置可验证空气中O2的含量。下列说法不正确的是（）

A.实验前需检查装置气密性B.红磷燃烧产生大量白烟C.红磷熄灭后应立即打开止水夹D.集气瓶中水面最终上升至2处【答案】C【解析】A.实验前需要检查装置的气密性，防止装置漏气，导致测定结果偏小，不符合题意；B.红磷燃烧，产生大量白烟，放出热量，不符合题意；C.红磷熄灭后，应等冷却至室温后，打开止水夹，否则气体受热膨胀，占据了一定的体积，会导致测定结果偏小，符合题意；D.红磷燃烧，消耗氧气，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，故打开止水夹，烧杯中的水进入集气瓶，进入水的体积就是消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的，故集气瓶中水面最终上升至2处，不符合题意。故选C。考点三：空气的组成例3.如图表示空气中各成分含量，下列有关说法正确的是（）

A.纵坐标表示质量分数B.X表示的物质为氧气C.稀有气体属于纯净物D.Y能支持燃烧等【答案】D【解析】A.空气中各成分含量按体积分数分，而不是质量分数，该选项说法不正确；B.空气中氮气约占空气体积的78%，氧气约占21%，则X表示氮气，该选项说法不正确；C.稀有气体中含有多种物质，为混合物，该选项说法不正确；D.氧气能支持燃烧，该选项说法正确。故选D。考点四：物质的分类例4.下列各组物质中，属于纯净物的是（）A.碘酒 B.瓶装矿泉水 C.冰水混合物 D.洁净的空气【答案】C【解析】A.碘酒是由碘和酒精混合而成，属于混合物，不符合题意；B.瓶装矿泉水由水、可溶性矿物质等混合而成，属于混合物，不符合题意；C.冰是固态的水，冰水混合物由水一种物质组成，属于纯净物，符合题意；D.洁净的空气是由氮气、氧气等混合而成，属于混合物，不符合题意。故选C。【过关检测】1.最早通过实验得出空气是由氮气和氧气组成这一结论的科学家是（）A.英国的道尔顿 B.法国的拉瓦锡C.俄国化学家门捷列夫 D.意大利的阿伏加德罗【答案】B【解析】A.道尔顿提出了原子论，不符合题意；B.拉瓦锡用定量的方法测定了空气的成分，得出空气是由氮气和氧气组成的结论，符合题意；C.门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，不符合题意；D.阿伏加德罗提出了分子学说，不符合题意。故选B。2.用如图装置测定空气中氧气含量，有关说法错误的是（）

A.取用的红磷必须足量B.引燃红磷后，左管内液面先下降后上升，冷却后升至刻度1C.该装置环保，所得结果更准确D.该装置还能测得稀有气体的体积分数【答案】D【解析】A.取用的红磷必须足量，才能将装置内氧气耗尽，否则会导致实验结果偏小，不符合题意；B.引燃红磷后，红磷燃烧，放出大量的热，装置内气体受热膨胀，压强增大，左管内液面下降，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，故左管内液面上升，氧气约占空气体积的，故冷却后升至刻度1，不符合题意；C.该装置在密闭容器中进行，反应生成的五氧化二磷不会逸出，比较环保，且避免了盛有点燃红磷的燃烧匙伸入集气瓶中时，气体的受热膨胀逸出，误差小，不符合题意；D.该装置是通过红磷燃烧消耗氧气，测定空气中氧气的含量，无法测得稀有气体的体积分数，符合题意。故选D。3.用如图装置证明空气中氧气的含量。下列说法正确的是（）

A.实验前需要检查装置的气密性 B.红磷燃烧的现象是产生大量的烟雾C.实验后集气瓶内水面上升至刻度2附近 D.用木炭代替红磷可以得到相同的结论【答案】A【解析】A.实验前需要检查装置的气密性，以防止装置漏气影响实验结果，正确；B.红磷燃烧的现象是产生大量的白烟，不产生烟雾，错误；C.氧气约占空气总体积的五分之一，进入集气瓶水体积等于氧气的体积，实验后集气瓶内水面上升至刻度1附近，错误；D.木炭在空气中燃烧生成二氧化碳，虽消耗了氧气，但生成了二氧化碳气体，集气瓶内的气压不降低，水不能倒流，用木炭代替红磷不可以得到相同的结论，错误。故选A。4.下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.红磷的量不足会导致进入集气瓶中水的体积大于1/5【答案】C【解析】A.红磷燃烧产生大量白烟、不是白雾、故A选项错误、不符合题意；B.木炭燃烧生成的是二氧化碳气体、无法使集气瓶内压强变小、故不可以把红磷换成木炭、B选项错误、不符合题意；C.如果氮气溶于水、则集气瓶内会装满水、故通过集气瓶中水未装满可以得出、氮气难溶于水、故C选项正确、符合题意；D.红磷的量不足会导致消耗的氧气偏低、故进入集气瓶中水的体积小于五分之一、故D选项说法错误、不符合题意。故选：C。5.空气成分中，可以供给呼吸的气体约占空气总体积的（）A.21% B.78% C.0.034% D.0.934%【答案】A【解析】空气成分按体积分数计算是：氮气约占78%，氧气约占20.9%，稀有气体约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，还有其他气体和杂质约占0.03%。其中氧气能供给呼吸，约占空气总体积的21%。故选A。6.自行车轮胎里的气体是压缩空气。压缩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【答案】B【解析】压缩空气也是空气，空气中含量最多的气体是氮气，约占空气体积的78%。故选B。7.下列物质中，前者属于纯净物，后者属于混合物的是（）A.二氧化碳、液氮 B.洁净的空气、矿泉水C.红磷、牛奶 D.稀有气体、冰水共存物【答案】C【解析】A.二氧化碳、液氮都是由一种物质组成，都属于纯净物，故A错误；B.洁净的空气由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等多种物质组成，属于混合物，矿泉水由水和可溶性矿物质组成，属于混合物，故B错误；C.红磷由一种物质组成，属于纯净物，牛奶由蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质、维生素及水等多种物质组成，属于混合物，前者属于纯净物，后者属于混合物，故C正确；D.稀有气体是指元素周期表上所有0族元素对应的气体单质，稀有气体共有七种，包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气，属于混合物，冰水共存物由一种物质组成，属于纯净物，故D错误。故选：C。8.如图为空气成分示意图(按体积分数计算)，下列说法正确的是（）A.空气的成分是相对稳定的，主要由a和b组成B.b为纯净物C.a氮气D.a和c的体积比约为5：1【答案】C【解析】A.空气中的成分是相对稳定的，主要由a氮气（占空气体积78%）和c氧气（占空气体积21%）组成，错误；B.b占空气体积的1%，主要为稀有气体、二氧化碳、水蒸气等，是混合物，错误；C.a占比最大，是氮气，正确；D.a氮气和c氧气的体积比约为4:1，错误；故选C。9.某兴趣小组按图所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。(1)实验中，红磷燃烧的文字表达式为___________，实验结束后，集气瓶内的气体主要性质为___________。(2)红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开水夹K，水能倒吸入集气瓶的原因是___________；且倒吸入水的体积约占集气瓶体积的___________，不用木炭代替红磷的原因是___________。【答案】(1)红磷+氧气五氧化二磷不燃烧也不支持