级上册化学讲义（人教版）2

课题11课题11空气的组成知识导航知识导航课前引入空气（空气（Air），我们每天都呼吸着的“生命气体”，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，对人类的生存和生产有重要影响。空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。知识精讲知识精讲一、拉瓦锡的实验科学史话——拉瓦锡研究空气成分二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭的容器里连续加热二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积差不多减少了1/5。他研究了剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他认为这些气体全部都是氮气(拉丁文原意是“不能维持生命”)。 拉瓦锡 拉瓦锡研究空气成分所用的装置拉瓦锡又把在汞表面上所生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞(化学符号Hg)和氧气(化学符号O2)，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的4/5体积的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。通过这些实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气(化学符号N2)组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。二、空气中氧气含量的测定实验实验探究操作如图所示，在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份。用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察红磷燃烧的现象。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况。仪器现象红磷燃烧，产生______火焰，放热，生成大量______（五氧化二磷小颗粒），冷却后，打开弹簧夹，________________________，进入水的体积约占集气瓶内空气总体积的______分析红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的______，使密闭容器内压强______，内外形成了________，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积原理在这一反应中，红磷(化学符号P)与空气中的氧气反应，生成一种叫做五氧化二磷(化学符号P2O5)的新物质。这一反应可以用文字表示如下：____________________________。结论集气瓶内水平面上升约1/5，说明空气中的氧气被消耗了，消耗的氧气约占空气体积的_____。注意规范操作（（1）实验前一定要先检查装置的气密性。（2）实验中药品红磷一定要足量，否则集气瓶中氧气无法完全消耗。（3）必须要等到集气瓶完全冷却后再打开止水夹，否则燃烧放热会使气体体积膨胀。总结归纳——空气中氧气含量测定实验的成功关键（（1）红磷要过量；（2）装置必须密封且气密性好；（3）冷却至室温后，再打开弹簧夹。思考与交流（（1）若上述成功关键没落实好，测出的氧气含量结果偏大还是偏小？（2）红磷在空气中点燃后，伸进瓶内的速度太慢，测出的氧气含量结果偏大还是偏小？（3）能否用木炭或蜡烛代替红磷做实验？为什么？思考与交流：在实验中，进入集气瓶内的水的体积常小于集气瓶空气总容积的1/5，试分析原因。三、空气的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%四、混合物与纯净物1.混合物：像空气这样由两种或多种物质混合而成的物质叫做混合物，组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，它们各自保持着原来的性质。2.纯净物：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，如氮气可以用N2来表示，氧气、二氧化碳可分别表示为O2、CO2等。上面实验中使用的红磷(P)和生成的五氧化二磷(P2O5)也是纯净物。对点训练对点训练【例1】通过实验测定空气中氧气含量的科学家是A．门捷列夫 B．达尔文C．拉瓦锡 D．牛顿【变1】化学家拉瓦锡通过实验得出空气由氧气和氮气组成，其中约占空气体积五分之四的是A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．稀有气体题型二：空气中氧气含量的测定实验【例2】利用如图所示装置测定空气中氧气的含量（装置气密性良好）。下列操作不正确的是A．实验前用弹簧夹夹紧胶皮管B．将集气瓶内水面上方空间分为5等份C．点燃红磷后，立即将燃烧匙伸入瓶中并塞紧胶塞D．红磷熄灭后，立即打开弹簧夹，观察现象【变21】关于测定空气中氧气含量的实验，下列说法正确的是A．实验前止水夹没有夹紧B．将红磷换成木炭进行实验C．待装置冷却至室温后，再打开止水夹D．点燃红磷缓慢伸入集气瓶中后，再塞紧瓶塞【变22】如图是测定空气中氧气体积分数实验的两个改进装置，下列有关说法错误的是A．装置a中的气球先变瘪后膨胀B．装置a可以证明空气中含有氧气C．用装置b实验时未冷却至室温就打开止水夹，测得结果会偏小D．装置b中实验结束后集气瓶内水的体积等于被消耗的氧气体积【变23】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，实验装置如图所示：（1）A实验中红磷燃烧的文字表达式为______，实验说明氧气的体积约占空气体积的______，该实验成功的关键是______（填序号）。①装置气密性好②红磷过量或足量③冷却到室温后才打开止水夹④要选用教室内的空气（2）某兴趣小组将A实验改进为如图2所示，改进实验后的优点是______。题型三：空气中氧气含量测定实验的误差分析【例3】用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验装置如图所示。实验过程中，下列做法不会使实验结果产生明显误差的是A．装置漏气B．把红磷改为蜡烛C．未冷却到实验开始前的温度就打开弹簧夹D．使用过量的红磷【变31】如图是测定空气中氧气含量的实验，实验后发现测定氧气的含量低于1/5，针对这一事实，你认为下列做法和想法不可取的是A．检查实验装置是否漏气B．将红磷改成木炭后重新实验C．可能是红磷的量不足D．可能是未冷却到室温就打开止水夹【变32】用如图装置测定空气里氧气的含量，会导致实验结果偏大的操作是A．红磷过量 B．燃烧过程中未夹紧弹簧夹C．未冷却到室温就打开弹簧夹 D．实验后有水残留在导管中题型四：测定氧气含量的其他装置实验【例4】某同学利用如图装置验证了空气中氧气的含量。下列叙述不正确的是A．白磷的作用是消耗试管中的氧气 B．白磷熄火后立即打开止水夹C．实验前需检查装置气密性 D．实验时白磷一定要过量【变41】利用下图装置验证空气中氧气的含量。用激光笔点燃白磷，待白磷熄灭后，冷却至室温，将玻璃管右端竖直浸入水槽中，取出水下橡胶塞后再进行读数。下列叙述错误的是A．白磷需过量B．点燃白磷后，移动磁铁使装置内的氧气充分消耗C．读数时，应调整玻璃管高度使水槽内液面与管内液面相平D．若实验操作无误，可观察到管内液面高度在玻璃管刻度“1”处【变42】某化学兴趣小组的同学在老师的指导下，正确完成如下图所示两个实验。已知所用实验装置气密性良好。关于该实验，有如下说法：①红磷熄灭并冷却后才能打开弹簧夹；②停止加热后即可读出注射器内气体的体积约为24mL；③实验取用铜丝质量的多少不会影响实验结果：④两个实验均能证明空气是混合物；⑤两个实验均能证明空气中约含1/5体积的氧气。其中正确说法的个数有（）A．2个 B．3个 C．4个 D．5个【变43】化学小组用下图所示装置测定空气中氧气的含量。实验前，实验①和实验②的密闭装置内空气体积相等；所用白磷和暖宝宝(主要成分为铁粉、碳粉和NaCl)均为足量。实验序号实验装置氧气含量随时间的变化图①②(1)实验①中，装置内压强降低的原因是_______。(2)某同学认为用暖宝宝进行实验，所测结果更为准确，他的依据是_______；但不适用于课堂上进行演示实验。他的依据是_______。题型五：空气的组成【例5】空气中的成分按体积分数计算，大约为：______占21%；______占78%；稀有气体占______；二氧化碳占______；其它气体和杂质占0.03%，总体上，空气各成分的含量保持相对稳定。【变51】下列有关空气的说法错误的是A．空气中各种成分的含量是相对稳定的B．可以用红磷燃烧反应测定空气中Y的含量C．X是氮气，按质量计算，在空气中约含有78%D．占空气1%的气体Z是混合物【变52】“富氧空气”是指氧气含量高于普通空气的气体，可用于医疗、航天等。下列氧气含量(假设气体为氧气和氮气的混合气)可用作富氧空气的是A．8% B．19% C．21% D．75%题型六：混合物与纯净物【例6】下列“水”属于纯净物的是（）A．自来水 B．汽水 C．冰水 D．糖水【变61】下列物质都属于纯净物的一组是（）①汽水②液态氧③水泥砂浆④冰水混合物A．②④ B．①④ C．②③ D．①③【变62】下列物质中不属于纯净物的是。A．二氧化碳（CO2） B．鲜榨橙汁C．五氧化二磷（P2O5） D．氮气（N2）题型七：空气的组成综合大题【例7】空气中氧气含量测定的再认识。（经典赏析）教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（装置如图1），通过该实验拉瓦锡得出了空气是由氧气和_____（填物质名称）组成的，其中氧气约占空气总体积的1/5。（实验回顾）（1）实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图2），兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于1/5。其原因可能是：装置漏气；红磷量不足，装置内氧气有剩余；_________（2）由于红磷在空气中点燃后才放入集气瓶内，造成的实验缺陷有：①测定结果不准确；②_________。（提出问题）能否设计一套实验装置以解决上述缺陷？（实验改进）改进一：兴趣小组同学，设计了如图3所示装置：用一个100mL量筒倒扣在水中，使量筒内外液面均位于40mL处，量筒内浮着一个贴有银片的小木块，银片上放有足量白磷，将整套装置置于垫有__________（填仪器名称）的铁架台的铁圈上加热。一会儿，白磷发生燃烧（白磷与红磷符号相同），量筒内液面上升，向烧杯内加水直至量筒内外液面相平，读出此时液面对应刻度。（1）放白磷的平板用银做的原因是：银的_________（填一物理性质）好，易将白磷温度升高，且化学性质稳定。（2）最终，液面大约位于量筒刻度__________mL处；白磷燃烧的符号表达式为__________。改进二：兴趣小组同学又进行了大胆改进，设计图4（选用容积为40mL的试管作反应容器，注射器活塞初始位置为20mL处，注射器空间为20mL，活塞与内壁摩擦力及连接管空间容积忽略不计）实验方案进行，收到了良好的效果。兴趣小组同学装配好仪器并确认气密性良好后，将弹簧夹松开，直接给足量的红磷加热使其燃烧，反应完全并冷却后，注射器活塞最终将停留在约为________mL刻度处。提分特训提分特训【题1】法国化学家拉瓦锡将汞放在密闭容器里加热12天，发现容器里空气的体积减少了约1/5。减少的气体是A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳【题2】空气中氧气含量测定的实验装置如图所示，下列有关说法正确的是A．选用红磷是因为它可以耗尽氧气，生成固态的物质B．燃烧匙中的红磷可以换成石蜡C．燃烧匙中的红磷越多，水位上升越高D．实验可以证明空气含有N2、O2、CO2和稀有气体【题3】用红磷燃烧来探究空气成分的实验中，下列情况下不会导致所测氧气体积比实际值偏小的是（）A．红磷不足 B．装置漏气 C．冷却到室温才打开弹簧夹 D．以上都可能导致偏小【题4】测定空气中氧气含量的实验装置如图所示。下列说法不正确的是A．氮气不溶于水是设计该实验的依据之一B．要等到装置冷却后，再打开止水夹C．实验中红磷的用量不会影响测定结果D．集气瓶中少量的水起到降温和吸收有害物质的作用【题5】某同学利用如图装置成功测定了空气中氧气的含量，下列叙述正确的是A．实验前需检验装置的气密性 B．白磷熄灭后立即打开止水夹C．白磷的作用是消耗试管中的氮气 D．量筒中的液面约降至40mL刻度线【题6】某研究小组进行空气中氧气含量的验证实验。试管中加入足量的白磷，按图1装置连接好。数据采集开始后，将试管放入热水中恒温加热，引燃白磷；待火星熄灭后，从热水中取出试管，再放入冷水中冷却至室温。压强传感器测定的压强变化如图2所示，通过初始压强（P1）与反应结束后的压强（P2），可以计算出氧气的体积分数：O2%=（P1P2）/P1×100%。下列说法错误的是A．a~b段，说明试管放入热水中，空气受热，压强变大B．c点时，压强最大，白磷停止燃烧，已消耗全部的氧气C．d~e段，说明的是试管从热水中取出后，放入冷水中冷却的过程D．P1和P2的压强分别为a和e所对应的压强【题7】空气成分中，体积分数为0.94%的是A．氮气 B．稀有气体 C．氧气 D．二氧化碳【题8】下图为空气成分示意图（按体积计算），其中“a”代表的是A．氧气 B．氮气C．二氧化碳 D．稀有气体【题9】下列物质中,属于纯净物的是A．液态氧 B．水泥砂浆 C．汽水 D．洁净的空气【题10】人类每时每刻都离不开空气，没有空气就没有生命，也就没有生机勃勃的地球。但在二百多年前人们并不了解空气，直到法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气成分，才让人们揭开空气的神秘面纱。（1）拉瓦锡用图1的实验得出的结论是____________，但该实验也有不足之处___________。（2）图2的实验是仿照图1的实验的原理，老师在课堂上演示的实验，请写出红磷燃烧的文字表达式__________。有位同学向老师提出了一个问题：此实验中能否用木炭代替红磷验证空气中氧气的含量？老师直接把问题交给了同学们，同学们讨论后认为不能，理由是___________。后来老师又启发同学们若将此实验稍作改动，我们也可用木炭代替红磷做此实验，同学们经过激烈地讨论，他们的改动方法是__________。（3）本节课激发了同学们的探究兴趣，同学们课后对图2的实验又进行了改进如图3，用放大镜聚焦太阳光而点燃红磷，该装置的优点是________。【题11】以下四个实验装置，可用于“测定空气中氧气的含量”。请认真分析，回答下列问题。

(1)拉瓦锡用装置A定量研究了空气的成分，在密闭容器中，空气中的氧气与汞反应，生成固态物质。人们沿着科学家的足迹，对反应物进行了优化，分别用铜粉、红磷等进行实验，其原理都是采用___________(填“物理”或“化学”)方法，从混合气体中除去某种气体，从而达到物质的分离。(2)对装置C进行了装置D所示的改进。装置D的试管中空气体积为40mL，反应前注射器活塞位于20mL刻度处，反应完毕后打开弹簧夹，注射器活塞位于10mL刻度处，则该实验测得空气中氧气的体积分数为___________(保留小数点后一位)。小明分析，该实验结果与理论值有差异的可能原因是___________(任答1点)。(3)与装置C相比，装置B的优点是___________(答一点)。装置B实验中，为了使氧气反应更充分，实验中采取的措施合理的是___________(填序号)。A铜粉平铺在玻璃管中B反复推拉注射器的活塞C增加铜粉的质量(4)为了帮助同学们理解装置C实验的原理，利用传感器技术实时测定了装置C实验过程中装置内的压强、温度和氧气浓度，三条曲线变化趋势如图四所示。试回答：①其中Y曲线表示的是___________(填“温度”或“氧气浓度”)。②结合X、Y两条曲线，解释图四中BC段压强变化的原因是___________。提分作业提分作业【练1】二百多年前用定量方法研究了空气的成分，并得出氧气约占空气总体积1/5结论的科学家是A．张青莲 B．门捷列夫 C．拉瓦锡 D．屠呦呦【练2】用下图装置可验证空气中O2的含量。下列现象能表明O2含量的是A．集气瓶中产生大量白烟 B．红磷燃烧一段时间后熄灭C．烧杯中的水倒吸进入集气瓶 D．集气瓶中水面最终上升至1处【练3】在测量空气中氧气含量的实验中，发现氧气的体积分数少于，针对这一事实，你认为下列做法或想法不可取的是（）A．查看装置是否漏气B．实验中可能是红磷的量不足C．实验中可能未冷却至室温就打开了止水夹D．将红磷改为木炭再重做实验【练4】某同学用如图所示装置测定空气里氧气的含量，下列说法不正确的是A．实验前一定要检查装置的气密性B．该实验可证明氧气约占空气总体积的1/5C．红磷燃烧停止后，等冷却至室温后打开止水夹D．仍用本装置、只把红磷换成燃烧的木炭，能够更精确测定空气里氧气的含量【练5】用下图装置进行实验。下列说法错误的是A．红磷燃烧，产生白烟 B．瓶中液面先上升，后下降C．瓶中液面最终升至1处 D．用激光笔点燃能减少实验误差【练6】如图是测定空气中氧气体积分数实验的两个改进装置，下列有关说法错误的是A．装置a中的气球先变瘪后膨胀B．装置a只能定性判断空气中含有氧气C．把装置b中的红磷换成木炭、水换成烧碱溶液，不能得出预期结论D．装置b中量筒里减少的水的体积就是装置内被消耗的氧气体积【练7】空气中下列各成分所占的体积由小到大的顺序是①氧气②氮气③二氧化碳④稀有气体A．③④①② B．④③①② C．②①④③ D．①③②④【练8】下列气体中,属于混合物的是()A．二氧化硫 B．水蒸气 C．氮气 D．空气【练8】200多年前，法国一位科学家用下图所示装置研究了空气的组成。他把少量汞放在密闭的容器中连续加热十二天之久，得到了红色的氧化汞粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了五分之一、请回答下列问题。(1)这位科学家的名字是_______，他是从_______(填“定性”或“定量”)的角度研究空气的组成。(2)写出汞与氧气反应的文字表达式_______，基本反应类型为_______(3)请根据所得信息，写出本实验使用汞的一个优点：_______(4)通过实验，这位科学家得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。请根据现在的认识，对此结论予以补充。_______【练9】如图是“空气中氧气体积分数测定”实验的改进装置。主要操作有：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，然后按图连好仪器，再往下伸入热的玻璃棒，白磷即被点燃