课题1 我们周围的空气 第1课时 空气的组成（同步讲义）初中化学人教版（2024）九年级上册 第二单元 空气和氧气（原卷版）

第二章空气和氧气课题1我们周围的空气第1课时空气的组成教学目标1.了解空气的主要成分。2.了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途。3.初步认识纯净物和混合物的概念。重点和难点重点：空气的组成、纯净物和混合物。难点：空气中氧气含量的测定。◆知识点一空气的组成1.拉瓦锡研究空气成分的实验法国化学家最早用定量的方法研究了空气的成分。拉瓦锡利用该装置进行实验，研究并得出空气由氧气和氮气组成。实验一：汞与氧气反应实验二：氧化汞受热分解实验步骤把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天将汞表面所生成的粉末收集起来,放在另一个较小的容器里加强热实验现象部分银白色的液态汞变成粉末，同时容器里空气的体积约减少1红色粉末变成银白色液体和无色气体,所得气体的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积反应原理汞+氧气氧化汞氧化汞汞+氧气实验结论空气由和组成，其中氧气约占空气总体积的2.空气中氧气含量的测定实验装置①仪器：集气瓶、燃烧匙、玻璃导管、烧杯、弹簧夹、胶皮管;②药品：红磷、水。实验原理利用红磷燃烧消耗密闭容器中的，使密闭容器内压强，在大气压的作用下，进入容器内水的即为减少的氧气的体积。反应的文字表达式PO2P2O5实验步骤①连接装置，;②在集气瓶内加入少量水后，将水面上方空间分为等份;③用弹簧夹夹紧胶皮管;④点燃红磷后，集气瓶内并把塞子塞紧;⑤燃烧结束装置后，打开弹簧夹。实验现象①红磷燃烧，产生;②冷却至室温后，打开弹簧夹，烧杯中的水经导管流入集气瓶，且流入水的体积约占集气瓶内原有空气体积的。实验分析红磷在空气中燃烧是红磷与空气中的氧气反应，生成一种叫做的新物质。生成的五氧化二磷为固体，溶于水且几乎不占有体积，燃烧消耗了集气瓶内的氧气，使瓶内气体减少，压强减小。冷却至室温后，外界大气压把烧杯内的水压进集气瓶，压入的水的体积约等于集气瓶内消耗的氧气的体积实验结论①；②剩余气体主要为氮气，氮气。1.实验结果误差分析误差分析原因影响因素测量结果偏小进入瓶中的水的体积偏小，导致反应结束后，外界空气进入装置中，不能将装置内的氧气消耗完全，集气瓶中气体还处于受热膨胀状态，压强变化不明显测量结果偏大进入瓶中的水的体积偏大，使集气瓶中部分气体受热逸出，使部分空气受热膨胀沿导管逸出2.利用燃烧法测定空气中氧气的含量时,选择的反应物应具备两个条件：（1）该物质在空气中能且只与反应。如不能选用铁、镁等，因为铁在空气中难以燃烧，镁在消耗氧气的同时还会与氮气、二氧化碳反应。（2）该物质燃烧后的生成物应为或，所占的空间体积可忽略不计。如不能选用硫、木炭等，因为硫和木炭燃烧后会生成气体。红磷燃烧产生的是，不是。3.空气的组成空气中各气体成分的含量如表所示∶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（1）空气中各气体成分的含量用分数（体积占比）表示，而质量分数（质量占比）。（2）空气中各气体成分的含量一般来说是比较的，但不是一成不变的。在不同地区或同一地区的不同时间，空气中各成分的含量也可能有所不同。（3）空气是物，主要由氧气与氮气组成，二者体积比约为(1:4)。即学即练1．关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是A．实验中汞需要足量 B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气 D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小2．如图装置常用来测定空气中氧气含量。下列对该实验的认识错误的是A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5B．实验时红磷一定要过量，耗尽氧气C．实验前一定要检查装置的气密性D．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹3．空气是一种混合物。洁净的空气中含量较高且化学性质不活泼的是A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气◆知识点二混合物和纯净物分类混合物纯净物概念由或的物质混合而成，组成不固定只由物质组成，组成固定表示方法没有固定组成，不能用化学符号表示可用化学符号表示，如氮气可用N2表示性质有固定的和组成混合物的各种成分保持它们举例空气，自然界的水，如河水、湖水、海水、雨水等氮气、氧气、二氧化碳、蒸馏水等关系纯净物混合物说明纯净物是相对而言的，自然界不存在纯净的物质，我们所说的纯净物是指含杂质很少的物质①物质的成分与状态。例如冰和水是相同物质的两种状态，把它们混合在一起还是一种物质，属于纯净物。②区分混合物与纯净物的关键是看其物质组成成分。带有“混合”字眼的物质是混合物，带有“洁净”“清洁”字眼的物质是纯净物。如冰水混合物是纯净物，洁净的空气是混合物。也不能被物质名称误导。如五氧化二磷是纯净物，不能认为代表“氧”“磷”两种物质。即学即练1．下列物质属于混合物的是A．液态氧 B．洁净的海水 C．冰水混合物 D．氧化镁重难点一特殊装置测定空气中氧气的含量1.测定空气中氧气含量的改进装置方法一：测量进入容器内水的体积或容器内水的体积变化方法二：利用刻度测量密闭容器内气体体积的减少量常见装置反应原理红磷、白磷燃烧产物相同，文字表达式均为现象分析①玻璃钟罩内水面上升，最终上升的水的体积约占反应前其内空气总体积的；②通电后，白磷燃烧，一段时间后左侧水面大约上升至刻度处；③红磷燃烧，冷却至室温后打开弹簧夹，水进入集气瓶，集气瓶中的水面大约上升至刻度处④白磷燃烧，活塞先向移动，冷却至室温后，活塞移大约至刻度处⑤铜粉变，冷却至室温后，将气球内的气体全部挤出，注射器内减少的气体体积约为反应前注射器和硬质玻璃管内气体总体积的;⑥铜丝变黑，冷却至室温后，两注射器内减少的气体总体积约为反应前两注射器和玻璃管内气体总体积的。2.测定空气中氧气含量的数字化实验（1）数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量(如温度、压强、浓度等)的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。（2）将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验：实践应用1.图1是利用气体压强传感器测定红磷燃烧时集气瓶内气压变化并测定空气中氧气的含量的实验装置。点燃红磷，待红磷熄灭并冷却至室温后，打开止水夹，瓶内气压的变化如图2。下列说法错误的是A．实验中红磷要足量B．ac段气压增大是因为红磷燃烧放出热量，使气体膨胀C．如图2所示，其中表示红磷熄灭的是点D．若d点时就打开弹簧夹，集气瓶中的上升水位会低于理论的水位高度考点一空气中氧气含量的测定【例1】某校九年级化学兴趣小组的学生测定空气中氧气的含量，完成了以下实验探究。实验一：利用如图所示装置和红磷进行实验；实验二：利用如图所示装置和白磷进行实验；实验三：利用图所示装置并分别使用红磷、白磷和食品脱氧剂来测量空气中氧气的体积分数(图丙实验采集数据如图丁所示)。【集体讨论】（1）同学们认为实验开始前都必须检查装置的气密性且药品的用量应保证。（2）乙装置中反应的符号表达式为，该反应属于反应（填基本反应类型）。【分组实验】在讨论的基础上，他们分组进行了实验。【数据分析】实验结束后，整理数据如下表所示(装置中集气瓶容积均为150mL，并且在瓶中预先装入20mL水)。组别12345进入集气瓶中水的体积/mL2527262928（3）大多数同学都验证出氧气约占空气体积的。实验时装置甲量筒内要装入水的体积应至少29mL(填“>”、“=”或“<”)。【反思讨论】（4）图乙实验相对于图甲实验，其优点有(写出一条即可，下同)。（5）根据图丙实验采集数据如图丁所示，同学们分析实验结果，认为用甲装置实验药品最好选用“食品脱氧剂”，其优点是；但指导老师认为如果在课堂上进行演示实验时，选择“食品脱氧剂”不是最佳的选择，应当选择“白磷”比较妥当，你认为老师的理由是。【实验拓展】（6）小组的同学做完实验后又尝试用木炭重新做了上述实验，认为不能选用木炭进行实验，其原因可能是。解题要点解题要点实验成功的关键（1）红磷要过量，保证完全消耗装置内空气中的氧气。（2）装置的气密性必须良好，不能漏气。（3）必须冷却至室温后再打开弹簧夹。（4）点燃的红磷要迅速伸入集气瓶并塞紧橡胶塞。（5）实验时弹簧夹要夹紧。【变式1-1】某班同学用如下图所示的装置测定空气中氧气的含量。实验结束后，甲同学的集气瓶内液面上升明显大于瓶内空气体积的，乙同学的集气瓶内液面上升明显小于瓶内空气体积的，下列对这两种现象解释合理的是①甲同学可能没夹紧弹簧夹

②甲同学可能没塞紧橡胶塞③乙同学所用红磷的量可能不足

④乙同学可能插入燃烧匙太慢A．①②③④ B．只有①③ C．只有②④ D．只有①②③【变式1-2】如图为测定空气中氧气含量实验的改进装置，下列说法中不正确的是A．集气瓶中水液封导管末端以防气体逸出B．本实验不可以用木炭代替红磷C．燃烧匙中的红磷需足量，否则测定结果偏小D．集气瓶的容积是，最终量筒中有水进入集气瓶【变式1-3】实验小组用下图装置测定空气中氧气的含量。（1）该实验中红磷燃烧的现象为，符号表达式为。（2）能说明空气中氧气含量的现象是，打开弹簧夹后水上升至刻度。（3）下列操作可能导致测定结果偏低的是_____。(填字母序号，下同)A．红磷的量不足B．点燃红磷，慢慢伸入瓶中C．未冷却至室温就打开了弹簧夹（4）若用硫粉来替红磷测空气中氧气含量是否可以？若不可，请说明原因。（5）反应完后集气瓶中剩余主要气体是，该气体的物理性质是，化学性质是。(均写一条即可)考点二空气的组成【例2】文物是历史的见证。保存文物时可用空气中含量最高的气体，该气体是A． B． C． D．解题要点解题要点【变式2-1】鸡蛋气室中的气体来源于空气。气室中含量最高的气体是A． B． C． D．【变式2-2】休闲潜水用气罐中一般为压缩人造空气，其成分与周围空气类似，其中含量最多的气体是A．O2 B．N2 C．H2 D．CO2【变式2-3】空气的成分中，按体积计算约为78%的是A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳考点三纯净物和混合物的区分【例3】下列各组物质中，前者属于混合物，后者属于纯净物的是A．五氧化二磷、氧化汞 B．铁、食盐水C．矿泉水、豆浆 D．液态空气、二氧化碳【变式3-1】下列物质中，属于混合物的是A．冰 B．硫酸铜溶液 C．过氧化氢 D．液态氧【变式3-2】下列“水”属于纯净物的是A．海水 B．苏州河水 C．矿泉水 D．蒸馏水【变式3-3】下列物质中，属于纯净物的是（填序号，下同），属于混合物的是。①人体呼出的气体

②纯牛奶

③液氮

④稀有气体⑤澄清石灰水

⑥洁净的空气

⑦冰水混合物

⑧红磷考点四利用改进装置测量空气中氧气的含量【例4】拉瓦锡被称为“现代化学之父”，我们要沿着科学家的足迹去探究。（1）二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，得出结论：空气由氧气和组成，其中氧气约占空气总体积的五分之一。根据图2资料卡片判断反应物选用汞的优点中不可能的是。A．实验过程中没有污染

B．汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽C．在汞槽中起到液封作用

D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气（2）小强同学对反应物进行优化，采用图3装置进行实验，反应结束后，冷却到室温，打开弹簧夹，注射器活塞理论上应从10mL刻度处缓慢移动至mL刻度处。（3）小明对图3实验进行了如图4所示的改进。图4实验中，为了使氧气反应更充分，实验中可采取的措施是，若实验后未将气球中气体挤出，会导致测得氧气含量偏（填“大”或“小”）。（4）为了更精确的定量了解空气中氧气含量及误差原因，同学们引入数字化传感器按图5装置进行实验，记录并处理数据见图6。B点到F点（温度已降至室温）的实验过程中，从图5装置中可观察到的现象是。起点A的坐标为（0，20.99），通过数据我们可以直接得出玻璃管内原来空气中氧气的体积百分含量为，F点的坐标为（203，4.23），则整个过程中铜粉实际消耗的氧气的体积为mL（已知玻璃管体积为100mL）。【变式4-1】微型空气质量检测仪是一种检测空气污染指数的仪器。化学兴趣小组同学利用该仪器检测某工业园区气体的成分（见图①），同时用实验探究的方法测定氧气的含量（见图②），并绘制相关图像（见图③）。集气瓶的内部体积，实验前在集气瓶中预先放入了的水，实验后瓶内水的体积为，分析如图信息，所得结论正确的是A．①中显示屏上可显示出的含量 B．③中Q点对应的实验操作是打开止水夹C．②中装置气密性不好会使测量结果偏大 D．该实验测得空气中氧气体积分数是21%【变式4-2】用如图所示的装置进行空气中氧气体积分数的测定实验（两支玻璃管内径相同，为液面起始高度）。实验前均已关闭。左管燃烧匙中盛有足量白磷，右管盛有水。光照引燃白磷；待白磷熄灭，冷却至室温后打开，至液面不再变化，读出右管中液体的高度为。下列说法错误的是A．实验前要检查装置的气密性 B．实验可观察到左管产生白烟C．打开，右管中液面会下降 D．空气中氧气体积分数可表达为【变式4-3】建构合理的思维模型，既能促进深度学习，又能提高思维品质。小科建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型。运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的。【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。（2）按如图甲装置测定空气中氧气含量。【实验步骤】实验1：按图1所示装置，用白磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。实验2：按图2所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂（其中辅助成分不干扰实验），利用铁生铁锈（铁能与氧气反应生成铁锈）的原理测定空气中氧气的体积分数。①实验1中，红磷要足量的目的是。②图2装置要测定的数据有。③连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图3、图4所示。依据图中信息，实验2的测定方法更准确，判断依据是。【继续探究】（3）运用上述思维模型，同学们又设计了图乙的实验装置。①请根据某小组提供的实验数据，完成表格：硬质玻璃管中空气的体积反应前注射器中空气的体积反应后注射器中气体体积实验测得空气中氧气的体积分数（结果精确到1％）50mL20mL7mL②不同实验小组做上述实验时结果差别较大，其中有些小组测定出空气中氧气的体积分数低于实际数值，请分析导致测定数值偏低的原因是（答出1点即可）。基础达标1．化学史上第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是A．拉瓦锡 B．侯德榜 C．道尔顿 D．门捷列夫2．下列物质属于纯净物的是A．葡萄酒 B．加碘食盐 C．液氧 D．食醋3．用红磷来测量空气中氧气体积的实验中水进入集气瓶中小于的原因可能是A．红磷不足 B．红磷过量 C．温度冷却到室温，打开了止水夹 D．装置的气密性良好4．科学家对火星的大气进行分析，得到下表所示数据气体二氧化碳氮气氩气氧气体积分数/%952.71.60.13与地球大气的成分相比，火星大气中含量更低的是A．二氧化碳 B．氮气和氧气 C．氩气和氧气 D．氮气和氩气5．如图所示装置测定空气中氧气含量，下列说法正确的是A．点燃白磷后缓慢地将燃烧匙伸入瓶内，塞紧瓶塞B．不打开瓶塞，聚焦太阳光引燃足量白磷，实验效果更好C．用木炭代替白磷不会影响实验结果D．若实验过程中没有将弹簧夹夹紧，不会影响实验结果6．用来测定空气成分的方法有很多，小梅用如下图所示的简易装置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．使用红磷的量多或少，都不会影响实验结果B．燃烧足够的红磷可使进入钟罩的水占钟罩容器的4/5C．红磷停止燃烧后，立即观察记录水进入钟罩的刻度D．红磷燃烧消耗空气中的氧气，使钟罩内压强下降，水面上升7．液氮是液态的氮气，温度极低，可用于冷冻麻醉等。液氮属于A．纯净物 B．混合物 C．无法判断 D．稀有气体8．拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是A．a点时容器内氮气体积分数为85%B．密闭容器内b点和c点时的压强一样C．氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18%9．某小组的同学将过量的白磷放入试管中测定空气中氧气含量（如图），则下列说法不正确的是A．取足量的白磷进行实验是为了减少误差B．试管中的白磷可以换成硫粉C．实验结束等装置冷却到室温后才能打开弹簧夹D．该装置实验的优点是密闭容器中进行，测量结果更准确，污染小10．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量，下列对该实验的认识中，错误的是A．铜粉用量的多少，会影响实验结果B．气球的作用是调节气压，防止橡皮塞被弹出C．操作无误的情况下，反应结束后消耗的氧气体积约为反应前注射器中气体体积的D．实验结束读数时，必须冷却至室温再读数综合应用11．某研究性学习小组同学利用所学知识，设计了如图所示装置探究空气中氧气的体积分数。下列说法错误的是A．闭合电源开关，白磷燃烧产生白烟B．白磷燃烧生成五氧化二磷C．反应结束后装置冷却到室温，U型管内左侧液面上升D．通过这个实验能直接得出空气中氧气的质量分数12．测定空气中氧气含量的改进实验装置如图，对该实验认识正确的是A．现象：实验中红磷燃烧，产生大量白雾B．推论：实验后玻璃管中剩余的气体难溶于水C．分析：红磷的量不会影响实验结果D．反思：燃烧匙可以伸入到液面与刻度1之间的位置13．利用图1装置测定空气中氧气的含量，用压强传感器测定的压强随时间的变化情况如图2所示。下列分析不正确的是A．图1瓶中红磷燃烧时会产生大量白烟B．图1中表明氧气含量的现象是瓶中水面上升约至1刻度处C．图2中a点到b点是由于反应放热使瓶内压强增大D．图2中c点前可以打开弹簧夹不影响实验结果14．现有下列物质：①氮气、②新鲜的空气、③啤酒、④矿泉水、⑤氧气、⑥稀有气体、⑦铁、⑧冰水混合物。（1）属于纯净物的有（填序号），再仿写一例：（填名称）。（2）属于混合物的有（填序号），再仿写一例：（填名称）。15．为测定空气中氧气的含量，小华和小强同学设计了两套实验装置：（1）小华采用图1装置进行实验，下列实验操作，不会对实验结果造成影响的是_______。A．装置有点漏气 B．红磷的量不足 C．用干燥的白磷代替红磷做实验（2）用图1做空气中氧气含量测定，集气瓶内预先盛少量水，水在实验中没有起到的作用是_______。A．加快集气瓶内气体冷却 B．熄灭红磷C．吸收五氧化二磷 D．防止集气瓶炸裂（3）小强用如图2装置完成空气中氧气含量的测定，盛装试剂前打开弹簧夹，向外拉动活塞到一定位置后松手，当，则说明装置气密性良好。盛装白磷的试管容积为40mL，实验前注射器活塞停留在20mL处，加热铜丝看到的实验现象是，反应的文字表达式为，待温度冷却到室温打开弹簧夹后，可观察到活塞向下运动，最终停留在mL刻度处。（4）图2装置与图1装置相比，优点是（答一点即可），可能存在的不足是（答一点即可）。（5）若用图2装置进行实验前没有夹弹簧夹，实验过程中可观察到活塞先向上运动，再向下运动，最后停留在mL刻度处。（6）为了解释活塞运动的原因，小组同学改用图3所示装置测定实验过程中压强变化，能正确反映压强传感器读数变化的是图（填“4”或“5”），随着实验时间的变化，压强减小的原因是。拓展培优16．以下实验装置都可用于“测定空气里氧气的含量”，请认真分析，回答下列问题：（1）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(如图1)。该实验中选择使用汞的原因有______。A．只与空气中氧气发生反应B．汞俗称水银，常温下为液态，安全无毒C．反应速度快，几分钟可完成D．反应生成的氧化汞为固体（2）实