沪教九年级化学上册第1节 空气的组成（导学案）（解析）

第1节空气的组成一、知识目标1.能依据观察的实验现象初步推断空气的主要成分；2.能从组成上对物质进行分类，识别纯净物和混合物；3.能体会科学家在探索空气成分过程中的智慧和方法。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察“捕获”空气、红磷燃烧等实验的宏观现象（如气体体积变化、生成白色固体等），初步推断空气的主要成分；结合空气由多种物质混合而成的宏观特征，理解混合物中各成分保持自身性质的微观本质；从物质组成的宏观角度，区分纯净物（如氧气、氮气）与混合物（如空气），建立物质组成的宏观描述与微观构成的关联认知。2.证据推理与模型认知：基于实验中“红磷燃烧后集气瓶内水面上升约1/5”等现象，推理空气中氧气的体积占比；通过分析空气组成的模型（如各成分体积分数占比示意图），理解混合物中各成分的共存关系；结合科学家探索空气成分的史实（如拉瓦锡的定量实验），学习基于证据推导结论的逻辑方法，形成“现象→证据→结论”的推理模型。3.科学态度与社会责任：参与设计“捕获”空气、探究空气成分的简易实验，体验“提出问题→设计方案→实验验证→分析结论”的探究过程；在区分纯净物与混合物时，尝试从生活中列举实例（如洁净的空气是混合物、蒸馏水是纯净物），培养运用所学知识解决实际问题的能力；通过模仿科学家的探究思路，体会定量实验、对照实验等方法的价值，初步形成严谨的科学探究态度和创新设计实验的意识。一、学习重点1.能说出空气的主要成分及体积分数；2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理、现象及结论；3.了解混合物与纯净物的概念及实例判断。二、学习难点1.理解“测定空气中氧气含量”实验的设计逻辑及误差分析。​2.从宏观现象到微观解释的思维转化。一、空气的组成1.空气的存在证明呼吸时，我们能吸入氧气，呼出二氧化碳，说明空气存在。用一个塑料袋在教室中挥舞后扎紧，袋内会充满空气（填物质名称）。2.测定空气中氧气的体积分数实验课本中通过红磷燃烧实验测定氧气含量。实验现象：燃烧产生大量白烟，冷却后打开止水夹，水进入集气瓶，约占瓶内空气体积的1/5（填分数）。实验结论：氧气约占空气体积的21%。剩余气体主要是氮气，其性质有难溶于水（写一点）。3.物质的分类由多种物质混合而成的是混合物（填“混合物”或“纯净物”），如空气、海水；只由一种物质组成的是纯净物，如氧气、铁。判断：“冰水混合物”属于纯净物（填类别），因为只含H2O（填化学式）。二、氮气和稀有气体1.氮气是空气的主要成分之一，它的物理性质有无色、无味、难溶于水，化学性质稳定（填“稳定”或“活泼”），因此常用作保护气。2.稀有气体（如氦气、氖气）的化学性质很不活泼（填“很不活泼”或“较活泼”），通电时会发出不同颜色的光，可用于制作霓虹灯。一、新课导入问题思考：同学们，请深呼吸一次——我们每时每刻都在吸入空气，但空气看不见、摸不着，你们能想到哪些方法证明空气的存在呢？空气中又含有哪些物质呢？答案：用塑料袋兜住空气会鼓起来；吹气球时气球变大，说明里面有空气；空气中有氧气，因为我们呼吸需要氧气。二、空气的组成活动一：空气“捕获”实验问题思考：这个实验现象说明了什么？为什么加水能“捕获”空气？答案：说明空气确实存在；加水后左边集气瓶内压强增大，把空气压到了右边集气瓶。归纳总结：检查装置气密性的方法：①_____________；②____________；③________________________。答案：连接好仪器；用手握住容器；导管口有气泡冒出，松手后形成一段水柱，说明气密性良好。活动二：空气中氧气体积分数的测定问题思考1：为了准确测定空气中氧气体积分数，装置应满足什么要求？答案：密闭装置、气密性良好。问题思考2：根据刚才设计实验的思路，结合红磷燃烧的产物状态，说说利用红磷测定空气中氧气含量的实验原理。答案：利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，水进入容器，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。问题观察：实验中观察到了哪些现象？答案：①红磷燃烧，产生大量白烟，放出热量；②冷却后，打开弹簧夹，水倒吸入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。问题探究：红磷在集气瓶中燃烧，消耗了什么气体？冷却后水为什么会进入集气瓶？答案：红磷燃烧消耗氧气，气压减小，水被压入瓶内。问题讨论1：已知空气中氧气的体积分数约为五分之一。观察到的实验结果是否接近这个数值？若相差较大，分析产生误差的原因。＜1/5的原因：＞1/5的原因：答案：＜1/5的原因：＞1/5的原因：红磷的量不足装置漏气未等冷却到室温就打开止水夹红磷点燃后没有迅速伸入集气瓶中红磷在集气瓶燃烧过程中，止水夹没有夹紧问题讨论2：蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳和水。能否用蜡烛代替红磷进行相同实验，为什么？答案：不可以，蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳气体，反应后装置内压强几乎不变，无法形成压强差。问题讨论3：集气瓶中的水上升到约1/5后，不能继续上升，说明剩余气体有什么性质？答案：剩余气体约占空气总体积的4/5，不溶于水，不能燃烧也不支持燃烧。活动三：物质的分类问题讨论：根据实验可知，空气中含有氧气、氮气等物质。从物质组成的角度分析，空气和氮气、氧气之间有什么区别呢？答案：空气中有多种物质，氧气和氮气只有一种物质。问题探究：判断下列常见的物质中，哪些属于纯净物？哪些属于混合物？干净的空气、五氧化二磷、氧化汞、澄清石灰水、冰水共存物、稀有气体、液氧、二氧化碳、河水答案：纯净物：五氧化二磷、氧化汞、冰水共存物、液氧、二氧化碳；混合物：干净的空气、澄清石灰水、稀有气体、河水。归纳总结：阅读教材P40，将下图中的数据或物质补充完整。答案：空气中的成分按体积分数计算：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%。典例：按如图装置进行实验，下列现象能证明空气中氧气含量的是（）A.集气瓶中红磷燃烧，产生大量白烟B.红磷燃烧一段时间后熄灭C.冷却到室温，打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶D.集气瓶中水面最终上升至1处答案：D。红磷燃烧产生大量白烟说明生成了五氧化二磷，A选项错误；红磷燃烧一段时间后熄灭说明氧气被消耗，B选项错误；烧杯中的水进入集气瓶说明瓶内压强减小，C选项错误；水面最终上升至1处说明氧气约占原空气总体积的五分之一，D选项正确。故本题答案为D。典例：生活中常见的下列物质属于纯净物的是（）A.洁净的空气B.冰红茶C.新鲜的牛奶D.冰水混合物答案：D。空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等，是混合物，A选项错误；冰红茶含有水、白砂糖等食品添加剂，属于混合物，B选项错误；牛奶中含有蛋白质、水、油脂等物质，属于混合物，C选项错误；冰水混合物中只含有水，属于纯净物，D选项正确。故本题答案为D。三、氮气和稀有气体活动一：认识氮气和稀有气体归纳总结1：根据教材P40，总结氮气有哪些物理性质和化学性质？答案：物理性质：1.无色、无味、难溶于水；2.液氮的沸点低，在极低温条件下加压才能液化成无色液体（通常储存于黑色钢瓶中）。化学性质：化学性质稳定。归纳总结2：根据教材P40，总结氮气有哪些用途？答案：①作保护气：灯泡中充氮气以延长使用寿命，食品袋中充氮气以防腐，焊接金属时的保护气；②提供低温环境：液氮炒酸奶，医疗上在液氮冷冻条件下做手术，超导磁悬浮列车；③制造硝酸和氮肥。归纳总结3：阅读教材P41稀有气体部分，并结合生活经验总结稀有气体的性质和用途。答案：稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙）是无色、无味的气体，化学性质很不活泼，可以作保护气；稀有气体在通电时会发出不同颜色的光，可以作电光源；氦气因密度比空气小，可为气球充气；液氦熔沸点低，可以制造低温环境。1.第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是（）A.阿伏伽德罗B.拉瓦锡C.道尔顿D.门捷列夫【答案】B【解析】阿伏伽德罗提出了分子学说，A选项错误；拉瓦锡通过金属燃烧实验第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的，B选项正确；道尔顿提出了原子学说，C选项错误；门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，D选项错误。故本题答案为B。2.空气成分中，在医疗麻醉和食品防腐等方面有着广泛用途的是（）A.氮气 B.氧气C.水蒸气D.二氧化碳【答案】A【解析】氮气化学性质稳定，在医疗上可用于麻醉（液氮），在食品防腐中可作保护气，A选项正确；氧气能供给呼吸和支持燃烧，不能用于医疗麻醉和食品防腐，B选项错误；水蒸气在空气成分中含量较少，无医疗麻醉和食品防腐的用途，C选项错误；二氧化碳可用于灭火、制汽水等，不能用于医疗麻醉和食品防腐，D选项错误。故本题答案为A。3.空气是一种宝贵的资源。下列有关空气的说法错误的是（）A.洁净的空气仍然属于混合物B.食品包装袋中充入氮气可以防腐 C.稀有气体可作焊接金属的保护气 D.空气中氮气的质量分数约为78%【答案】D【解析】洁净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，仍然属于混合物，A选项正确；氮气化学性质稳定，食品包装袋中充入氮气可以防腐，B选项正确；稀有气体化学性质极不活泼，可作焊接金属的保护气，C选项正确；空气中氮气的体积分数约为78%，不是质量分数，D选项错误。故本题答案为D。4.下列物质属于混合物的是(填序号，下同)，属于纯净物的是。①氧气②水蒸气③红磷④纯净的空气⑤海水⑥冰水混合物

⑦可口可乐⑧氢气【答案】混合物：④⑤⑦；纯净物：①②③⑥⑧【解析】混合物是由两种或两种以上物质混合而成的物质。④纯净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，⑤海水中含有水、氯化钠等多种物质，⑦可口可乐中含有水、二氧化碳等多种物质，均属于混合物。纯净物是只由一种物质组成的物质。①氧气、②水蒸气、③红磷、⑥冰水混合物（冰和水都是H₂O）、⑧氢气，都只由一种物质组成，均属于纯净物。一、空气的组成1.红磷燃烧实验现象：产生大量白烟，冷却后水倒吸约占集气瓶容积的1/5；结论：氧气约占空气体积的1/5。误差分析：结果＜1/5：红磷量不足、装置漏气、未冷却至室温就打开止水夹。结果＞1/5：红磷点燃后未迅速伸入集气瓶、止水夹未夹紧。2.体积分数按体积计算：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%。3.物质的分类类别定义实例混合物由两种或两种以上物质混合而成空气、海水、可口可乐纯净物只由一种物质组成，可用化学符号表示氧气（O₂）、氮气（N₂）、冰水混合物（H₂O）二、氮气和稀有气体1.氮气性质：无色无味、难溶于水；化学性质稳定（常温下），高温高压催化剂条件下可与氢气反应生成氨气。用途：作保护气（食品防腐、灯泡填充）、提供低温环境（液氮冷冻）、制氮肥和硝酸。2.稀有气体性质：无色无味、化学性质极不活泼；通电时发出不同颜色的光，氦气密度比空气小。用途：作电光源（霓虹灯）、保护气（焊接金属）、氦气填充气球、液氦制造低温环境。考点1空气中氧气体积分数的测定1．测定空气中氧气含量的创新实验如图，对该实验的认识错误的（）A．红磷的量不会影响实验结果B．实验过程中玻璃管内的液面先下降后升高C．实验后玻璃管中剩余的气体难溶于水D．燃烧匙可以伸入到液面与刻度1之间的位置【答案】AD【解析】A.红磷量不足，装置内的氧气没有被完全耗尽，会导致测定氧气的体积分数偏小，故A错误；B.红磷燃烧放出大量的热，玻璃管内压强增大，将水排出，玻璃管内液面下降。等到温度降至室温，因为玻璃管中氧气被消耗，气体减少，压强下降，外界气压将水压入玻璃管中，玻璃管内液面上升，故B正确；C.反应结束后，玻璃管内液面到达刻度1处，不再上升，说明玻璃管内剩余气体难溶于水，故C正确；D.燃烧匙不能伸入到液面与刻度1之间的位置，应该在刻度1上方，故D错误；综上，答案应为AD。2．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【答案】B【解析】A、取足量的白磷进行实验是为了耗尽装置中的氧气，减少误差，故选项说法正确；B、硫在空气中燃烧生成二氧化硫气体，瓶内气压不变，不能形成压强差，所以不能用硫粉代替红磷进行该实验，故选项说法错误；C、实验结束需等到装置冷却到室温后再读数，否则剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，使测定结果偏小，故选项说法正确；D、该装置实验的优点是密闭容器中进行测量，无需打开瓶塞点燃白磷，避免瓶内空气外逸而造成实验误差，结果更准确；同时防止生成的五氧化二磷逸散到空气中，污染小，故选项说法正确。故选：B。3．（2024·河南平顶山·三模）某化学兴趣小组用如图所示的装置进行“测定空气里氧气的含量”实验，请回答下列问题。（1）待红磷燃烧结束，装置恢复到室温，打开弹簧夹，若集气瓶中水面最终上升的高度低于刻度1处，其可能的原因是。（2）不能用硫代替红磷进行实验，其理由是。【答案】（1）红磷的量不足（合理即可）（2）硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差（合理即可）【解析】（1）实验中集气瓶中水面最终上升的高度低于刻度1处，其可能的原因是红磷的量不足，不能将氧气完全耗尽，也可能是装置漏气，在冷却至室温的过程中，外界空气进入，占据了一定的体积，也可能是未冷却至室温，就打开弹簧夹，气体受热膨胀，占据了一定的体积，故填：红磷的量不足或装置漏气（合理即可）；（2）不能用硫代替红磷进行实验，其原因是硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差，导致进入集气瓶内水的体积偏小，故填：硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差（合理即可）。考点2空气各成分及其体积分数4．空气成分中，体积分数约占的气体是（）A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．稀有气体【答案】A【解析】A、氧气在空气中的体积分数约为21%，它是维持生命活动和支持燃烧所必需的气体，该选项正确；B、氮气在空气中的体积分数约为78%，是空气中含量最多的气体，该选项错误；C、二氧化碳在空气中的体积分数约为0.03%，该选项错误；D、稀有气体在空气中的体积分数约为0.94%，该选项错误。故选A。5．（2025·湖北武汉·模拟预测）下列不属于空气成分的是（）A．氮气 B．二氧化碳 C．稀有气体 D．氢气【答案】D【解析】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%。氢气不是空气成分。故选D。考点3纯净物和混合物6．下列物质中属于纯净物的一组是（）①冰水混合物

②洁净的空气

③臭氧

④汽水A．①③ B．②④ C．①② D．③④【答案】A【解析】①冰水混合物：冰和水都是水的不同状态（固态和液态），属于同一种物质，因此是纯净物；②洁净的空气：空气由氮气、氧气、二氧化碳等多种气体组成，即使“洁净”也改变不了其混合物的本质，因此是混合物；③臭氧：是由一种物质组成的，因此是纯净物；④汽水：汽水含有水、二氧化