第2单元 课题1 空气的组成（教师版）-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   加热 氧化汞 氧化汞   加热 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 【答】 (1)二氧化碳(或2)(2) 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 【答】 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% 【答】D 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 【答】 ►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 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。 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 【答】(1)2 (2)否 (3) 2g ① 2g＋2↑ ②分解反应 (4)BD 【解析】 (1)汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞，所以减少的气体是氧气，化学式为：2； (2)汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞，只消耗了氧气，剩余的气体主要是氮气，还含有稀有气体等，故 错误； (3)氧化汞在加热的条件下生成汞和氧气，反应的化学方程式为：2g 2g＋2↑；此反应符合一变多，属于 分解反应； (4)、汞属于金属单质，该选项说法不正确； B、汞在常温下为液体，故选项说法正确； 、该实验是汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞，氧化汞在加热的条件下生成汞和氧气，汞既做反应物又 做生成物，该选项说法不正确； D、汞有毒，泄漏会污染环境，故选项说法正确； 故选BD； 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 【答】D 【解析】、实验前需检查装置气密性，以防止装置漏气影响实验结果，正确； B、曲颈甑中汞的用量可能会影响实验结果，例如汞不足会导致氧气不能完全反应，结果会偏小，正确； 、曲颈甑中汞的作用是消耗氧气，汞槽中汞的作用是形成密封装置，错误； D、木炭和氧气反应产生二氧化碳气体，曲颈甑中的气压几乎不变，玻璃钟罩的液面几乎不变，不能测定 空气中氧气的含量，错误； 故选：D。 【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 【答】(1) (2)①②③④ (3)汞+氧气 氧化汞 红磷 烧杯中的水 【解析】(1)、实前未将胶皮管夹紧，则反应放热，内部空气受热逸出，使内部压力下降至更低，压入水的 体积增大，测定结果偏 大，故选项符合题意； B、红磷过量保证氧气被完全消耗，所以对实验无影响，故选项不符合题意； 、未冷却就打开止水夹，气体受热膨胀，进入集气瓶水的体积偏小，测定结果偏小，故选项不符合题意； D、氧气未消耗完全，则内部压力增大，进入水体积减小，测定结果偏小，故选项不符合题意；故选； (2)②使用装置一时会有少量的五氧化二磷释放到空气中，污染空气;装置二因此能节约燃料;使用的仪器少， 因此能减少误差;又有比较精确的刻度，因此便于直接读数，故选①②③④; (3)曲颈中汞与氧气在加热的条件下生成氧化汞，反应的文字表达式为汞+氧气加热氧化汞;对比装置一、 三实验，曲颈额中的水银与装置一中的红磷作用相同，消耗装置中的氧气;汞槽中的水银与装置一中的烧杯 中的水，故填:汞+氧气 氧化汞;红磷;烧杯中的水。 ►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_____。 【答】集气瓶、燃烧匙、导气管、烧杯、弹簧夹 黄色 白烟 水经导管进入集气瓶 1/5 氧气 减小 压强差 红磷+氧气 五氧化二磷 1/5 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． 【答】 【解析】、图中所示装置，红磷燃烧消耗氧气使装置内气体体积减少，压强减小，能用于测定空气中氧气 含量，故选项错误。B、图中所示装置，用凸透镜引燃红磷，红磷燃烧消耗氧气使装置内气体体积减少， 压强减小，能用于测定空气中氧气含量，故选项错误。、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体或者一氧化 碳气体甚至是两者的混合气体，虽除去氧气，而增加了新的气体，不能用来测定空气中氧气含量，故选项 正确。D、热水提供的热量引燃白磷，白磷燃烧消耗氧气使装置内气体体积减少，压强减小，使活塞左移， 能用于测定空气中氧气含量，故选项错误。故选：。 【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”)。 【答】(1)耗尽集气瓶中的氧气 (2) ①放热，产生大量白烟 ② ③ 水进入集气瓶至1 刻度处 (3)难 (4)氮气 (5)大于 【解析】 (1)图1 所示实验中红磷需稍过量，目的是耗尽集气瓶中的氧气； (2)红磷燃烧时，集气瓶中的现象是发黄光，放热，产生大量白烟，其反应的化学方程式为： ；因为反应消耗多少体积的氧气，冷却至室温，打开止水夹后就会进入多少体积的水， 空气中氧气的体积含量约为 ，所以观察到的现象是水进入集气瓶至1 刻度处，由此可得出空气中氧气的 体积分数约为 。 (3)该实验可推论出氮气难溶于水。 (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，还一定有氮气，因为氮气在空气中的体积 分数是78%。 (5)综合以上探究学习，如果用镁条代替红磷，镁能够同时消耗氧气和氮气，所以测量结果会大于 。 一、空气中氧气含量的测定 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。 课堂总结 04 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 ．铁丝 B．木炭 ．红磷 D．硫粉 【答】 【解析】因为铁丝不能在空气燃烧，故错误； B 木炭燃烧会生成二氧化碳导致两边压强变化不明显，故B 错误； 红磷燃烧会消耗氧气，集气瓶中的液面会上升五分之一，故正确； D 硫燃烧会生成二氧化硫导致两边压强变化不明显，故D 错误； 故答为： 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% 【答】 【解析】、由曲线图可知：点时容器内氧气的体积分数为15%。故容器内其余气体(氮气、稀有气体、二 氧化碳等)的浓度为85%，故氮气体积分数小于85%，故错误，不符合题意； B、由图可知，反应是在密闭容器中进行的，故根据质量守恒定律，反应前后物质的质量不变，故容器内 物质总质量：b 点=点，故B 错误，不符合题意； 强化训练 05 、由曲线图可知：反应停止时，容器内剩余3%体积分数的氧气，由于红磷足量，故氧气有剩余，说明物 质燃烧时氧气必须达到一定浓度，故正确，符合题意； D、由曲线图可知：反应过程中氧气的体积分数减小18%，且不是质量分数，故D 错误，不符合题意。 故选：。 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 【答】 【解析】、空气中含量最多的气体是氮气，约占空气体积的78%，符合题意； B、氧气约占空气体积的21%，是空气中含量第二多的气体，不符合题意； 、二氧化碳约占空气体积的003%，含量较少，不符合题意； D、空气中水蒸气的含量较少，不符合题意。 故选。 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 【答】D 【解析】、空气是由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等多种物质组成的，说法错误； B、空气中氮气的体积分数最大，说法错误； 、空气中的氧气在一定条件下能与许多物质发生反应，