3.1.1空气与氧气（讲义）（解析版）

浙教版八年级下册第三章第1节空气与氧气【知识点分析】一.空气的成分1.空气成分的探究：（1）空气通入石灰水：石灰水变浑浊-----空气中有二氧化碳（2）燃着的木条在空气和氧气中燃烧-----空气中有氧气（3）敞口放置的无水硫酸铜变蓝------空气中有水蒸气2.空气成分：法国科学家拉瓦锡首先通过实验测得了空气是由氮气和氧气组成（汞与氧气反应可以先消耗瓶中的氧气生成氧化汞--红色，然后加热后又会分解成汞和氧气），其中氧气约占1/5的结论。19世纪末，科学家又通过实验发现空气中还有氦、氩、氙等稀有气体。此外还有少量的二氧化碳、水蒸气以及其他杂质。3.氧气体积的测量：（1）原理：红磷与空气中的氧气反应生成固体的五氧化二磷固体，使得集气瓶内气压减小，烧杯中的水就被大气压压入集气瓶中。（2）实验装置：（3）实验误差：未冷却读数、放热燃烧匙止水夹忘关闭、放热燃着的红磷速度较慢、气密性较差等。4.空气的体积组成：二.空气的利用1.氧气的利用：（1）供给呼吸（2）作为助燃剂帮助燃烧2.氮气的性质与利用：（1）性质：无色、无味、性质较不活泼的气体。（2）利用：灯泡充氮气延长使用寿命、食品包装充氮气防腐保鲜、制造化肥、炸药等。液氮汽化可吸收大量的热--可作为冷冻剂，医疗上也可用来冷冻麻醉或冷藏人体细胞组织。3.稀有气体的利用：常作为保护气，稀有气体通电可发出不同颜色的光，可用来制作不同颜色的光源、霓虹灯等，同时还可以用于激光技术，制造低温环境（氦气），用于医疗麻醉（氙气）等。三.氧气的性质1.物理性质：（1）不易溶于水，常温下一升水可溶解30毫升的氧气，这些氧气是水生植物得以生存的必要条件之一。（2）标准大气压下氧气的密度为1.429克/升，比空气密度略大。在标准大气压下，-183oC时会液化为淡蓝色液体，在-218oC时会凝固成雪花状蓝色固体。硫磺在空气和氧气燃烧的不同2.化学性质【例题分析】1．下列有关空气的说法错误的是（）A．人类和动植物在地球上生存，原因之一是因为地球周围存在空气B．纯净的空气是没有颜色，没有气味的气体C．空气，看不见摸不着，所以没有质量D．空气，看不见摸不着，也尝不出它的味道，但它确实存在【答案】C【解析】A、人类和动植物在地球上生存，原因之一是因为地球周围存在空气，空气中的氧气能供给呼吸，二氧化碳是植物光合作用的原料，故选项说法正确；B、纯净的空气是一种没有颜色、没有气味的气体，故选项说法正确；C、空气，看不见摸不着，但是有质量的，故选项说法错误；D、通常状况下空气是无色无味的气体，看不见摸不着，也尝不出它的味道，但它确实存在，故选项说法正确。2．空气成分中，体积分数最大的是（）A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．稀有气体【答案】A【解析】空气由氮气（N2）、氧气（O2）、稀有气体（He、Ne、Ar）、二氧化碳（CO2）、其他气体和杂质（如H2O）五部分组成。按体积分数计算，氮气占78%、氧气占21%、稀有气体占0.94%、二氧化碳占0.03%、其他气体和杂质占0.03%。故选A。3．如图为测定空气中氧气含量的实验装置，下列做法合理的是（）A．用过量的红磷进行实验B．红磷点燃后，缓慢伸入瓶中并塞紧橡皮塞C．红磷熄灭后，立即打开止水夹D．用木炭代替红磷进行实验【答案】A【解析】A、用过量的红磷进行试验，可以将氧气完全反应，使测定结果更准确。B、红磷点燃后，缓慢伸入瓶中并塞紧橡皮塞，易导致气体受热逸出使测定结果偏大。C、红磷熄灭后，立即打开止水夹，气体受热膨胀，使倒流的水偏少，测定结果偏小。D、用木炭代替红磷进行实验，会因生成二氧化碳气体，使瓶内气体的量不减少，压强不变小，不能用于测定空气中氧气的含量。4．下列对空气的叙述正确的是（）A．按质量分数计，空气中含氧气约21%，含氮气约78%B．空气的成分是固定不变的C．洁净的空气属于纯净物D．空气的成分是相对稳定的，主要是由氮气和氧气组成【答案】D【解析】A、按体积分数计，空气中含氧气约21%，含氮气约78%，故A错误。B、空气的成分并不是固定不变的，比如白天植物光合作用强，氧气含量会增加，二氧化碳含量会减少，晚上则相反，故B错误。C、洁净的空气也是由各种成分气体组成的，属于混合物，故C错误。D、空气的成分是相对稳定的，主要是由氮气和氧气组成，故D正确。5.思维模型的建构既方便于问题的解决，又能促进深度学习。以下是小科同学对解决“气密性检查”类问题建构的思维模型：结合小科建构的思维模型，进行图示装置气密性检查的操作：往锥形瓶中加水至如图所示位置，从建模的角度分析，该操作归属于上述思维模型的（

）A．构建封闭体系 B．改变压强 C．观察现象 D．得出结论【答案】A【解析】往锥形瓶中加水至如图所示位置，将长导管的下端密封，整套装置是一个密闭系统了，从建模的角度分析，该操作归属于上述思维模型中的构建密闭体系，故选A。6．氮气的用途很广泛，下列不属于氮气的用途的是()A．合成氨制氮肥 B．充入灯泡作保护气C．液氮作制冷剂 D．医疗上作为危重病人的急救气体【答案】D【解析】A、氮气由氮元素组成，可用来合成氨制氮肥，选项正确；B.氮气的化学性质很稳定，很难与其它物质发生化学反应，可充入灯泡作保护气，选项正确；C、液氮气化时从周围吸收热量，具有制冷效果，可作制冷剂，选项正确；D、氮气不能够支持呼吸，不能在医疗上作为危重病人的急救气体，选项错误，故选D。7．空气是一种宝贵的资源，下列生产生活中用到的气体不是来自空气的是()A．用于医疗急救的O2 B．用于生产氮肥的N2 C．作为燃料电池燃料的H2 D．用于飞艇的He【答案】C【解析】用于医疗急救的O2、用于生产氮肥的N2、用于飞艇的He都可以从空气中分离获得，而作为燃料电池燃料的H2在空气中含量极小，只能通过其它途径获得，故C符合题意，而A、B、C不合题意。故选C。8．某化学兴趣活动小组为测定空气中氧气的含量，进行如下探究实验（如图，白磷的着火点为40℃），以下说法正确的是（

）A．白磷可以用木炭粉代替B．反应中，活塞先向右移，再向左移，最后停留在4刻度处C．白磷量的多少对实验结果无影响D．白磷燃烧产生大量的白雾【答案】B【解析】A、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，虽除去氧气，而增加了新的气体，没有形成压强差，不能用来测定空气中氧气含量，故选项说法错误；B、白磷燃烧产生大量白烟，放出大量的热，使装置内气体受热膨胀，压强增大；玻璃管的活塞先向右移动；反应后氧气被消耗，冷却至室温后，压强减小，玻璃管的活塞后向左移动；最终停在刻度“4”附近，故选项说法正确；C、白磷量的多少对实验结果有影响，白磷应过量，以完全消耗装置中的氧气，若白磷的量偏少，测定结果偏小，故选项说法错误；D、白磷燃烧产生大量的白烟，而不是白雾，故选项说法错误。9．利用红磷燃烧测定空气中氧气体积分数的实验中，传感器记录集气瓶中气压随时间变化的情况如图所示。下列说法不正确的是

（

）A．a点时集气瓶冷却至室温 B．a点时集气瓶内气压大约是大气压的4/5C．实验开始时气压变大是因为有P2O5生成 D．a点后气压增大是由于水倒吸入集气瓶【答案】C【解析】A、由图可知，a点时集气瓶中的压强最低，是实验中氧气耗尽装置冷却至室温时的压强，选项正确；B、由图可知，a点时瓶中的氧气完全耗尽，氧气约占空气体积的五分之一，则a点时集气瓶内气压大约是大气压的4/5，选项正确；C、实验开始时气压变大是因为红磷燃烧时放出热量，瓶中的气体受热膨胀造成瓶中的压强增大，选项错误；D、a点后气压增大是打开止水夹水倒吸入集气瓶，瓶中的气体体积减小，压强增大恢复至大气压，选项正确，故选C。10．已知在空气中，温度超过40℃，白磷就可以自燃，即和氧气反应生成五氧化二磷。用下图装置测定空气中氧气的体积分数。实验步骤为：集气瓶里先装适量a体积的水，在酒精灯灯焰上把玻璃棒下端加热，装置如图密封。用力把玻璃棒按下与白磷接触，白磷燃烧。燃烧停止后，稍振荡，完全冷却后，量出集气瓶中水的体积（b）和整个集气瓶体积（c）。下列说法错误的是（）A．反应过程中集气瓶内液面的变化是先下降后上升B．该实验测得氧气与空气的体积比为（b-a）：（c-a）C．燃烧匙中的白磷不可以换成细铁丝或硫粉D．该装置没有用止水夹，实验过程中气体会受热膨胀逸出导致测量结果偏大【答案】D【解析】A、反应过程中，白磷燃烧放热，导致瓶内气体膨胀，气压增大，液面下降，完全反应后温度降低，氧气消耗，瓶内液面上升，因此集气瓶内液面的变化是先下降后上升，该选项说法正确；B、该实验中，氧气体积：（b-a），空气体积：（c-a），测得氧气与空气的体积比为：（b-a）：（c-a），该选项说法正确；C、燃烧匙中的白磷不可以换成细铁丝或木炭粉，是因为铁不能在空气中燃烧，木炭燃烧生成二氧化碳，导致水不能进入集气瓶，该选项说法正确；D、集气瓶中预先放的a体积水不仅有液封导管，防止气体受热膨胀逸出的作用，还能够吸收反应生成的五氧化二磷、降低温度的作用，该选项说法不正确。11．小温同学利用如图所示装置测定空气中氧气的含量。对该实验分析正确的是（）A．白磷燃烧会产生大量的白雾B．白磷燃烧结束就可将试管倒扣C．倒扣试管后试管内液面会上升D．可以用木炭粉代替白磷实验【答案】C【解析】A.白磷燃烧会产生大量的白烟，而不是白雾，故A错误；B.白磷燃烧后，试管内温度很高，气压较大，立即将试管倒扣后，进入试管内的水的体积会偏小，从而导致测量结果偏小，故B错误；C.倒扣后，由于试管内气压小于外界的大气压强，于是烧杯内的水会进入试管内，液面会上升，故C正确；D.木炭燃烧会生成二氧化碳气体，因此试管内的气压几乎不变，倒扣后，几乎没有水进入试管内，无法测量氧气的含量，故D错误。12．小科对“空气中氧气体积含量的测定”进行了改进，他根据铁会与氧气反应的原理，设计了如图所示的实验装置（装置中的饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈）。已知广口瓶的有效容积为242mL，实验10分钟后打开止水夹，水从烧杯流入广口瓶中的体积为48mL。下列说法错误的是（）A．该实验可有效解决教材中用红磷燃烧污染空气的问题B．该实验的不足之处在于实验前广口瓶底未放少量水C．分析本次实验数据，空气中氧气的体积分数约为19.8%D．若反应时间加长，可使结果更接近实际空气中氧气所占体积的比例【答案】B【解析】A.教材中探究空气中氧气体积分数用到的是磷，磷燃烧的产物五氧化二磷是空气污染物；而该实验中用到的是铁粉、活性炭粉、氯化钠等，不会对环境造成污染，故A正确。B、纸袋内的铁粉与氧气、水充分接触，在氯化钠的作用下，锈蚀速率加快，但是集气瓶内无需事先加入少量的水，故B错误。C、进入广口瓶内的水的体积即为消耗的氧气的体积，也就是广口瓶内氧气的体积，所以空气中氧气的体积分数约为，故C正确。D、若时间足够长，铁粉锈蚀可将广口瓶内的氧气完全耗尽，则实验结果就与拉瓦锡实验的结果十分接近，故D正确。13．如图所示，等体积的甲、乙两集气瓶内充满空气，燃烧匙内分别盛有过量的红磷和硫粉，点燃使它们充分反应，冷却至室温，打开弹簧夹，出现的现象是（

）A．甲瓶中有水流入，乙瓶没有水流入 B．甲瓶没有水流入，乙瓶中有水流入C．甲、乙两瓶均有水流入 D．甲、乙两瓶均无水流入【答案】C【解析】由于红磷燃烧生成了五氧化二磷固体，能使甲瓶内压强减小，硫燃烧生成了二氧化硫，二氧化硫的体积占据了消耗的氧气的体积，乙瓶内的压强几乎无变化，但两瓶是连通的，最终压强相等，都比原先小，所以打开弹簧夹甲、乙两瓶中均有水流入。故选C。14．如图所示的密闭装置中进行白磷燃烧实验，在白磷被点燃至装置恢复到室温的这段时间内，集气瓶中的气压随时间变化的图像最接近的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】氧气约占空气体积的的五分之一，白磷燃烧放热，因此一开始气压增大，但由于消耗氧气随后气压会降低，减少约五分之一，反应结束恢复到室温后气压不再减小，故C正确，ABD错误。15．如图a是法国化学家拉瓦锡加热汞研究空气成分所用的装置，他测出氧气约占空气总体积的；如图b是我们的用来测定空气中氧气含量的实验装置，实验中吸入的水的体积往往小于集气瓶剩余容积的。下列关于出现这样的现象的解释合理的是（）A．汞与氧气反应生成物是固体，而红磷燃烧产生大量烟雾B．曲颈瓶整体成形，不需要连接，气密性更好，避免漏气C．红磷点燃后再放入瓶中，会使集气瓶中原有的空气逸出D．现在空气中氧气含量与拉瓦锡所处的时代相比降低了【答案】B【解析】A．红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷固体，所以红磷燃烧产生大量白烟，而不是烟雾，选项说法错误，不合题意；B．曲颈瓶整体成形，不需要连接，气密性更好，避免漏气，测定结果更准确，选项说法正确，符合题意；C．红磷点燃后再放入瓶中，会使集气瓶中原有的空气逸出，实验结束后，打开止水夹后进入集气瓶内的水偏多，选项说法错误，不合题意；D．现在空气中氧气含量与拉瓦锡所处的时代空气中氧气的含量没有明显变化，选项说法错误，不合题意。故选：B。16．图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，其中与广口瓶相连的压强传感器等电子设备能将广口瓶内气体压强精确地记录并保存下来。图2、图3是用该装置测得的红磷和木炭分别在广口瓶中燃烧的压强-时间关系图（该装置气密性良好，p0是集气瓶内初始压强，p和p1分别是反应结束后恢复到室温时广口瓶内的压强。已知相同条件下广口瓶中气体的压强与气体所占的体积成正比）。下列说法正确的是（

）A．燃烧匙内所装红磷或木炭的多少对实验无影响B．利用图3可以判断空气中氧气的含量C．反应开始时集气瓶中气压瞬间变大是由于瞬间产生了气体D．p<p0，p1=p0是因为产物状态不同导致的【答案】D【解析】A.若所用药品过少，就不会将装置内的氧气耗尽，会导致实验结果出现误差，故A错误；B.由于碳与氧气反应生成二氧化碳，虽然都消耗了氧气，但又生成了气体，装置内气体压强不会减小，无法测定，故B错误；C.反应开始时，物质燃烧放出大量的热，气体体积受热膨胀，所以集气瓶中压强瞬间变大的是由燃烧放热造成的，故C错误；D.压强不同的原因主要是红磷燃烧生成了五氧化二磷固体，木碳燃烧生成了二氧化碳气体，故D正确。二、填空题17．如图，某科学兴趣小组对“测定空气中氧气含量"的实验进行了改进。装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1.关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧瓶塞，如图甲。待火焰熄灭、装置冷却至室温后打开活塞，观察到集气瓶中的水位逐渐上升后停止，如图乙，保持活塞处于打开状态，则：（1）如图乙时，若广口瓶的底部A点和烧杯底部B点所受压强分别为PA和PB，则PA___________PB（选填“>”、“=”或“<”）

（2）要准确测出空气中氧气体积分数，应往图乙的烧杯中注水至与集气瓶内液面相平，若测得此时集气瓶内的气体体积为V2.则氧气体积占空气总体积的比例可用V1、V2表示为___________。【答案】

<

【解析】（1）A中的液面比B中的高，说明PA+ρgΔh=PB，（△h为A、B液面的高度差），所以PA＜PB；（2）连通后两边液面相平，说明两边压强相等，均等于1个大气压，故消耗氧气的体积为V1-V2，氧气的体积占空气总体积的比例为：。18．为了测定空气中氧气的体积分数，按如图1装置进行实验：（1）该实验实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内________减小，烧杯中水倒吸到集气瓶。（2）该实验能够得到氮气的一条物理性质是：_________。（3）图2是“空气中氧气含量测定”实验的改进装置。主要操作是：在实际容积为120mL的集气瓶里，先装进20mL的水，再按图连好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃。I.白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是先下降后上升；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为_________mL；II.集气瓶里预先装进的20mL水，在实验过程中的作用有___________（填写序号）。a.加快集气瓶冷却b.液封导气管末端以防气体逸出c.缓冲集气瓶内气压的骤然升高，避免胶塞被冲出【答案】

气压

不溶于水

40

abc【解析】（1）该实验实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，无气体生成，使瓶内气压减小，烧杯中的水倒吸到集气瓶中。（2）该实验能够得到氮气的一条物理性质是：不溶于水。（3）I.白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是先下降后上升；由于空气中氧气的体积含量约为，若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为20mL+（120mL-20mL）×=40mL；II.a.由于白磷燃烧放出热量，所以集气瓶里预先装进的水可加快集气瓶冷却，此选项正确；b.液封导气管末端以防气体逸出，此选项正确；c.缓冲集气瓶内气压的骤然升高，避免胶塞被冲出，此选项正确。故选abc。19．按书本装置测定空气中氧气含量的实验中，当装置内的氧气低于一定含量时，红磷就不再与氧气反应从而导致测量结果偏小。有老师对该实验进行了改进，装置如图甲所示。在一容器中倒入刚拆封的“暖宝宝”黑色粉末，再在上面放足量的白磷，迅速扣上烧杯，随后白磷自燃，利用这一装置可更准确地测定空气中氧气的体积分数。【补充资料】暖宝宝又称为暖贴，暴露在空气里时，空气中的氧气通过透气膜进入里面产生热。使用时贴于肩部、背部、腰部、胃部及相关关节部位，短时间内就能发热，平均温度53℃；可贴型暖贴持续时间在12小时左右。（1）黑色粉末的主要成分是什么？对此同学们作出了以下两种猜想：猜想一：该粉末可能是木炭粉；猜想二：该粉末可能是铁粉。根据学过的科学知识，我们可以确定___________（填“猜想一”或“猜想二”）肯定是错误的。（2）改进后的实验能使实验结果更准确，原因是该黑色粉末能在空气中___________（填“燃烧”或“缓慢氧化”），从而进一步消耗烧杯中的氧气。通过实验证明加入的黑色粉末是铁粉，加入铁粉后使测定结果更加准确，原因是___________。（3）小嘉同学设计使用暖宝宝贴来测定空气中氧气的含量，实验开始前的装置如图乙所示，实验后从量筒中流入玻璃瓶（容积为250mL）中水的体积为45mL（铁粉生锈消耗的水忽略不计）。下列说法正确的是___________。A．实验前必须检查装置的气密性B．通过本次实验数据测得空气中氧气的体积分数为18%C．若实验测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝贴的使用数量不足D．必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后才能记录量筒内剩余水的体积【答案】

猜想一

缓慢氧化

铁粉能进一步和烧杯中的浓度较低氧气反应

ACD【解析】（1）木炭与氧气反应生成二氧化碳气体，会导致实验后剩余的气体偏多，测出的结果偏小，即猜想一错误，故填猜想一。（2）该黑色粉末能在空气中发生缓慢氧化消耗装置中的氧气，进而测出实验前后装置中的气体的体积差，求出空气中氧气的含量，故填缓慢氧化；铁粉能进一步和烧杯中的浓度较低氧气反应，使测结果更准确，故填铁粉能进一步和烧杯中的浓度较低氧气反应。（3）A

实验前必须检查装置的气密性，防止装置内外气体交流导致实验结果不准确，选项正确；B

由图可知，容积为250mL玻璃瓶内有20mL水，则其中空气的体积=250mL−20mL=230mL，实验后从量筒中流入玻璃瓶中水的体积为45mL，即瓶中氧气的体积为45mL，则通过本次实验数据测得空气中氧气的体积分数=×100%≈19.6%，选项错误；C

若实验测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝贴的使用数量不足，装置中氧气有剩余，选项正确；D

必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后才能记录量筒内剩余水的体积，避免装置中剩余的气体受热膨胀，导致进入玻璃瓶中水的体积偏小，导致实验结果偏小，选项正确，故填ACD。20．某科学兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”的实验（见图I）进行了大胆改进，设计图（Ⅱ）（选用容积为45mL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Ⅱ实验，回答下列有关问题：（1）A瓶冷却后打开止水夹，现象为：______。（2）某同学用图Ⅱ实验的操作步骤如下：①点燃酒精灯；②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；③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Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；④读取注射器活塞的数据。你认为正确的实验操作顺序是______填序号）。（3）图Ⅱ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。【答案】

（1）水通过导管进入集气瓶A，且约占集气瓶容积的1/5

③①②④

1【解析】（1）红磷在A瓶中燃烧消耗装置中的氧气，A瓶中的压强减小，A瓶冷却后打开止水夹，观察到的现象是水通过导管进入集气瓶A，且约占集气瓶容积的1/5，故填水通过导管进入集气瓶A，且约占集气瓶容积的1/5。（2）利用图Ⅱ实验测空气中氧气的含量，操作步骤是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Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；点燃酒精灯；撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；读取注射器活塞的数据，故填③①②④。（3）氧气约占空气体积的1/5，红磷燃烧消耗的氧气的体积是试管中45mL空气的1/5，即9mL，所以实验后冷却至室温，打开弹簧夹，观察到注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为1mL刻度处才停止，故填1。21．两百多年前，法国化学家拉瓦锡用如图1所示的装置定量研究了空气的成分，小金仿照这个历史上著名实验的原理，用如图2所示的装置来测定空气中氧气的含量。（1）写出上述实验中氮气的物理性质：___________（2）小金在用如图的装置做实验时发现进入集气瓶的水大于集气瓶容积的，导数这一结果的原因是___