第2单元 课题1 空气的组成（学生版）-2024年初中化学同步（人教版）

第2 单元 课题1 空气的组成 课程标准 学习目标 1 认识空气是宝贵的自然资源，形成保护和节约 资源的可持续发展意识与社会责任。 2 能举例说明物质性质的广泛应用及性质与用途 的关系； 3 体会科学地利用物质性质对提高人们的生活质 量具有重要作用。(新增) 4 知道物质可以分为纯净物和混合物。 1 知道空气是宝贵的自然资源。 2 探究空气中氧气的含量。 3 了解空气的组成 4．理解混合物和纯净物的概念。 自主梳理 一、拉瓦锡对空气成分的测定 实验一：汞与氧气反应 实验二：氧化汞受热分解 实验原理 汞 + 氧气 氧化汞 氧化汞 汞 + 氧气 实验步骤 将少量汞放在密闭容器里连续加热 12 天 将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 实验现象 部分银白色的液态汞变成红色粉 末，容器里空气的体积约减少了 1/5 红色粉末又变成了银白色物质，得到的气 体的体积恰好等于密闭容器里所减少的体 积 实验结论 空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5 二、测定空气中氧气含量的方法(燃烧法) 1．实验原理：利用红磷在空气中燃烧，将集气瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷白色固体，使密闭容器 内压强减小；在大气压作用下，进入集气瓶内水的体积即为减少的氧气的体积。 2．实验装置及实验步骤： 目标任务 01 预习导学 02 (1)将仪器连接好并检查装置的气密性。 (2)在集气瓶底装入少量的水，再把剩余的容积分成五等份并做上记号。 (3)用弹簧夹夹紧乳胶管。 (4)在燃烧匙内放入过量的红磷。 (5)点燃红磷迅速伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。 (6)红磷燃烧停止，待集气瓶冷却到室温后，打开弹簧夹。 3．实验现象： (1)红磷燃烧产生大量白烟并放出热量。 (2)打开弹簧夹后烧杯中的水倒吸入集气瓶中，进入水的体积约占集气瓶中空气体积的 1/5 。 4 实验结论：氧气约占空气体积的 1/5 。反应的符号表达式：P+2 P25 5 实验分析 若实验结果小于1/5，原因可能是：①装置漏气；②红磷量不足；③未冷却到室温就打开止水夹。 若实验结果大于1/5，原因可能是：①止水夹没有夹紧，红磷燃烧时集气瓶内部分气体受热膨胀沿导管逸 出； ②燃烧匙伸入集气瓶过慢，使装置内气体受热逸出。 三、空气的组成 空气成分 氮气2 氧气2 稀有气体 二氧化碳2 其他气体和杂质 体积分数 78% 21% 094% 003% 003% 2．稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡。 四、混合物和纯净物 纯净物是由一种物质组成的。如氧气、二氧化碳等 混合物是由两种或两种以上的物质混合而成的物质。如：空气、河水、食盐水、稀有气体等。混合物中各 种成分保持着它们各自的性质，相互间不反应。 预习检测 1 最早测定空气成分的是法国的化学家拉瓦锡,通过实验，他得出了空气是由氮气和氧气组成，其中氧气约 占空气总体积的1/5。 2 空气的成分按体积分数计算：氮气占78%，氧气占21%，稀有气体占094%，二氧化碳占003%，其 他气体和杂质占003%。澄清石灰水露置在空气中会逐渐变浑浊，这说明空气中有少量的二氧化碳；盛有 冰水的杯子，放在常温的空气中，外壁会潮湿，说明空气中有水蒸气。 3 空气中氧气(2)含量的测定： 装置要求：气密性良好，红磷要过量_完全消耗掉集气瓶中的氧气。 现象：打开弹簧夹前：产生大量白烟_； 打开弹簧夹后：烧杯中的水进入集气瓶中，约占瓶内空气总体积的 1/5 。 结论： 2 约占空气体积的 1/5 。剩余气体(氮气2)的化学性质有：不能燃烧，不支持燃烧，不与水和红磷反 应。物理性质有：无色气体，难溶于水 _ 。 注意：液面上升小于1/5 原因： 红磷的量不足、装置漏气、未等完全冷却就打开止水夹。 4 为了维护人类赖以生存的环境，既要保护空气，又要保护水资源。 (1)空气是人类赖以生存的宝贵资源，排放到空气中有害气体和粉尘会对空气造成污 染。________是导致 全球变暖引起温室效应的主要物质，大量排放二氧化硫和二氧化氮会导致酸雨的形成。 (2)为减少对环境造成污染，以下主张应提倡的是________。(填序号) 减少含硫煤的使用 b 禁止开私家车外出 关闭所有工厂 5 下列有关空气的说法错误的是 ．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 ．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 6“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 ．8% B．19% ．21% D．75% 7(2020·合肥市第四十中学九年级课时练习)下列“水”属于纯净物的是( ) ．自来水 B．汽水 ．冰水 D．糖水 ►环节一 沿着科学家的足迹探究空气成分 问题探究1 根据以上实验，结合所学知识回答下列问题： (1)①中减少的气体的化学式是________。 (2)上述②中拉瓦锡得出的结论是否准确？_______ (填“是”或“否”)。 (3)拉瓦锡在实验中的得到的红色粉末是氧化汞(g)，实验③中反应的化学方程式______，该反应的基本反 应类型是______。 (4)下列有关汞的说法中，正确的是_____。 汞是一种非金属单质 B 常温下汞呈液态 实验中汞的作用仅作反应物 D 实验中用过的汞要妥善处理，否则可能污染环境 探究提升 03 【资料】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g)和氧气(化学符号2)，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2)组成，其中氧气约占空气总体积1/5 的 结论。 要点归纳 拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分 实验装置 实验现象 实验结论 一部分银白色的液态汞变成红 色粉末，容器里空气的体积的 体积差不多减少了1/5 空气由氧气和氮气组成，其中 氧气约占空气总体积的1/5。 反应的文字表达式： 汞 + 氧气   加热 氧化汞 典例精讲 【例1】(海南省海口市龙华区海南华侨中学2022-2023 上学期10 月月考)拉瓦锡利用汞与氧气的反应研 究空气的成分。下列分析不合理的是 实验前需检查装置气密性 B 曲颈甑中汞的用量可能会影响实验结果 装置内两处容器中汞的作用均是消耗氧气 D 将曲颈甑中的汞换成木炭也能测定空气中氧气的含量 【例2】下面是测量空气中氧气体积含量的实验： (1)实验小组按装置一进行实验，发现进入集气瓶中水的体积超过水面上方空间的1/5，你认为导致这一结 果的原因可能是_____(填序号)。 ．实验前未将胶皮管夹紧 B 红磷过量 ．未冷却就打开止水夹 D．氧气未消耗完全 (2)实验小组又进行反思，设计了装置二，利用气压变化使白磷燃烧，与装置一比较，其优点是__________ (填序号) ①防止空气污染 ②减小误差 ③节约燃料 ④便于直接读数 (3)拉瓦锡用装置三测定了空气中氧气的含量，曲颈甑中发生反应的文字表达式是________对比装置一、三 实验，曲颈额中的水银与装置一中的________作用相同；汞槽中的水银与装置一中的____________的作用 相同 ►环节二 再探究空气中氧气的含量 问题探究2 填写实验表格 实验操作 检查装置的气密性，在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5 等份。用止水夹夹紧胶皮管。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。 实验现象 红磷燃烧，产生______火焰，放热，生成大量______，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______ 实验分析 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 实验原理 在这一反应中，红磷(化学符号P)与空气中的氧气反应，生成五氧化二磷(符号P25)。文字 表达式为____________________________。 实验结论 氧气约占空气体积的_____。 要点归纳 空气中氧气含量的测定 1 实验现象：产生大量白烟，放热；水沿导管进入集气瓶内约占集气瓶容积的1／ 5。 2 原理：红磷燃烧消耗密闭容器的氧气，生成固体，使密闭容器内压强减小 3 表达式：红磷+氧气 点燃 → 五氧化二磷；P + 2 点燃 → P25 4 结论：空气中的氧气约占空气总体积的1/5。 典例精讲 【例1】(2023·湖北黄石·二模)下列实验装置中不能用来测定空气中氧气含量的是( ) A． B． ． D． 【例2】(湖南省衡阳市常宁市2022-2023 学年九年级上学期期末)某同学设计了测定空气中氧气含量的 实验装置如图。 请回答下列问题： (1)图1 所示实验中红磷需稍过量，目的是___________。 (2)红磷燃烧时，集气瓶中的现象是___________，其反应的化学方程式为___________；打开止水夹后观察 到的现象是___________，由此可得出空气中氧气的体积分数约为1/5 (3)该实验可推论出氮气___________(填“易”或“难”)溶于水。 【继续探究】某学习小组想继续探究能否用镁条代替红磷测空气中氧气含量，他们用图2 装置进行实验， 镁条燃烧、冷却后打开弹簧夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶容积的70%。 (4)如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的21%；但现在进入的 水达到容积的70%，根据空气的组成，减少的气体不仅有氧气，还一定有___________。 (5)综合以上探究学习，如果用镁条代替红磷，测量结果会___________1/5(填“大于”或“小于”)。 一、空气中氧气含量的测定 课堂总结 04 1 拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分 实验装置 实验现象 实验结论 一部分银白色的液态汞变成红 色粉末，容器里空气的体积的 体积差不多减少了1/5 空气由氧气和氮气组成，其中 氧气约占空气总体积的1/5。 反应的文字表达式： 汞+氧气   加热 氧化汞 2 空气中氧气含量的测定 1 实验现象：产生大量白烟，放热；水沿导管进入集气瓶内约占集气瓶容积的1／ 5。 2 原理：红磷燃烧消耗密闭容器的氧气，生成固体，使密闭容器内压强减小 3 表达式：红磷+氧气 点燃 → 五氧化二磷；P + 2 点燃 → P25 4 结论：空气中的氧气约占空气总体积的1/5。 二、空气的组成 1．空气的成分和含量 空气成分 氮气2 氧气2 稀有气体 二氧化碳2 其他气体和杂质 体积分数 78% 21% 094% 003% 003% 2．稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡。 三、混合物和纯净物 纯净物是由一种物质组成的。如氧气、二氧化碳等。 混合物是由两种或两种以上的物质混合而成的物质。如：空气、河水等。 1．(2023 年云南省中考)仿照法国化学家拉瓦锡定量研究空气成分的原理，利用如图装置测定空气中氧气 的含量，燃烧匙中应盛放的药品是 强化训练 05 ．铁丝 B．木炭 ．红磷 D．硫粉 2．(2023 年湖南省衡阳市中考)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 ．点时容器内氮气体积分数为85% B．容器内物质总质量：b 点>点 ．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% 3．(2023 年江苏省扬州市中考)保存珍贵文物可用空气中含量最多的气体，该气体的化学式为 ．2 B．2 ．2 D．2 4．(2023 年天津市中考)下列有关空气的说法正确的是 ．空气是由空气分子组成的 B．空气中氧气的体积分数最大 ．空气中氧气的化学性质不活泼 D．空气中氮气、氧气等分子均匀地混合在一起 5．(2023 年四川省宜宾市中考)空气是一种宝贵的自然资源。下列有关空气及其成分的说法中，正确的是 ．洁净的空气是纯净物 B．氧气是空气中含量最多的气体 ．稀有气体含量少，没有利用价值 D．氮气化学性质不活泼，常用作保护气 6．(2023 年湖南省衡阳市中考)有一位同学暑假去西藏发生了严重的高原反应，医生让他吸入了一种气体 后，症状得到缓解。此气体可能是 ．氧气 B．氮气 ．稀有气体 D．二氧化碳 7．(2023 年云南省中考)下列空气污染物中会形成酸雨的气体是 ． B． ． D． 8．(2023 年四川省自贡市中考)医疗急救常用到的气体是 ．氢气 B．氮气 ．氧气 D．二氧化碳 9 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( ) 红磷不足 B 装置漏气 冷却到室温才打开弹簧夹D 以上都可能导致偏小 10(2023·黑龙江哈尔滨·校考一模)某同学为提高实验精准度，对“红磷燃烧测定空气中氧气含量”的实验 进行了如图所示的改进。实验结束后冷却至室温，液面上升至低于1 刻度处。下列关于改进实验的说法错 误的是 ．该实验铜丝可以换成铁丝代替 B．实验过程中左侧液面先下降后上升 ．实验结束后，左侧玻璃管内压强等于右侧 D．实验结束后，白磷没有将装置内氧气耗尽 11．(2023·安徽亳州·校联考模拟预测)某小组设计了如下实验装置测定空气中氧气含量，实验结束，待装 置冷却至室温后，将玻璃管右端竖直伸入水槽中，在水中取下橡胶塞。下列说法正确的是 ．气球的作用是防止生成的气体使橡胶塞冲出 B．装置不变时，可用木炭替代白磷完成该实验 ．实验中移动磁铁有利于装置内氧气充分反应 D．装置内反应的化学方程式为 12．(2023·江苏徐州·模拟预测)某同学设计了“空气中氧气体积分数的测定”实验改进装置，如下图，Y 型管的体积为V，开始注射器的内液体刻度在V1，结束时停在V2处。下列说法正确的是： ①快推与慢拉注射器都可以检查该装置的气密性 ②此装置环保、便捷、节约时间，便于读数 ③注射器内的液体的体积对实验的结果有影响 ④滴有酚酞的氢氧化钠溶液由红色变无色，说明白磷燃烧产生了酸性物质 ⑤氧气体积分数为(V1—V2)/V ．②⑤ B．②③⑤ ．②③④⑤ D．①②③④⑤ 13．(2023·江苏连云港·校考二模)空气覆盖在地球表面，成分多样，对人类的生存至关重要，也是生产活 动的重要资源。 (1)空气——同呼吸，共命运 ①法国化学家_____用定量的方法研究了空气的成分。 ②图1 是测定空气中氧气含量的实验装置，下列说法错误的是_____(填字母序号)。 ．实验中利用了铜丝的导热性好 B．实验中观察到白磷燃烧产生大量的白烟 ．实验成功的标志为左侧玻璃管内液面约上升到刻度1 处 D．实验中无需上下调节右侧玻璃管的高度 ③图2 为某种分子筛型家用制氧机工作时的示意图，由图可知制得的富氧空气中氧气的体积分数约为____ _。 ④如今人们越来越重视空气的质量，会引起酸雨的主要气体是_____(填化学式)。 (2)氧气——生存、生活、生产之气 ①动植物的呼吸作用，属于_______(填“缓慢氧化”或“剧烈氧化”)。 ②图3 是用传感器测定足量蜡烛和红磷分别在相同的密闭容器中燃烧时氧气含量的变化图像，下列说法错 误的是_______(填字母序号)。 ．燃烧是人类最早利用的化学反应之一，通常情况下需要氧气参与。 B．提供足够的空气，有助于燃料充分燃烧，节约能源 ．图中红磷燃烧过程中，b 点和点时容器内物质总质量相等 D．根据图3，若将足量蜡烛和红磷放在同一密闭容器中燃烧，氧气的体积分数可降至3% ③图4 是工业上炼铁炼钢的主要流程，若用赤铁矿炼铁，反应的方程式为_______，炉渣中含有硅酸钙 (S3)，其中硅元素的化合价是_______，炼钢炉中通入氧气的作用是_______。 ④用下面提供的仪器组装一套实验室制氧气的制取装置，所稀的仪器有①、②、⑦、_______(填仪器名 称)。此套装置还可用于其他气体的制备，请写出反应的化学方程式_______(任写一种)。 14．(2023·陕西西安·校考模拟预测)空气是宝贵的自然资源。 (1)分离液态空气可得氮气和氧气，此过程属于_________(填“物理”或“化学”)变化。 (2)利用如图所示V 形管进行空气中氧气含量测定的实验，V 形管内有空气和足量的白磷。 ①按图示组装好仪器后，V 形管中的发生的化学变化为_____________(书写化学方程式)。 ②白磷熄灭后立即打开止水夹，水到流入V 形管，测定的氧气的体积分数__________(填“大于”“等 于”或“小于”)五分之一。 (3)下列做法不会增加空气污染的是___________(填字母)。 ．焚烧垃圾 B．利用太阳能加热来提供热水 ．用煤作燃料取暖 15．(2023·上海松江·统考一模)人类生活在空气中，空气与人类的生存休戚相关。 (1)空气中最多的气体是______，空气是_________(选填“纯净物”或“混合物”)。 (2)自然界中既有消耗氧气又有产生氧气的变化，使空气中氧气的含量基本保持不变，为人类的生存提供保 证。请分别写出你学过的一个消耗氧气和一个产生氧气的化学方程式_______；_______。 (3)空气质量对人体健康有直接影响。雷电时，空气中产生少量臭氧气体，臭氧具有杀菌消毒的作用。臭氧 的化学式为3，氧元素的存在形态是_______(选填“游离态”或“化合态”)，1ml 臭氧分子的个数约为__ ____个。 (4)我国承诺将力争2030 年前实现“碳达峰”，在2060 年前实现“碳中和”。其中“碳”代表的物质是 _______。 16(2022 秋·黑龙江哈尔滨·八年级哈尔滨市第四十七中学校考阶段练习)如下是几种测定空气中氧气含量的 实验(如图所示)，请根据实验回答问题。 (1)拉