級上冊化學(xué)講義（人教版）2

課題11課題11空氣的組成知識導(dǎo)航知識導(dǎo)航課前引入空氣（空氣（Air），我們每天都呼吸著的“生命氣體”，它分層覆蓋在地球表面，透明且無色無味，對人類的生存和生產(chǎn)有重要影響。空氣的成分不是固定的，隨著高度的改變、氣壓的改變，空氣的組成比例也會改變。但是長期以來人們一直認為空氣是一種單一的物質(zhì)，直到后來法國科學(xué)家拉瓦錫通過實驗首先得出了空氣是由氧氣和氮氣組成的結(jié)論。19世紀末，科學(xué)家們又通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，空氣里還有氦、氬、氙等稀有氣體。知識精講知識精講一、拉瓦錫的實驗科學(xué)史話——拉瓦錫研究空氣成分二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。他把少量汞放在密閉的容器里連續(xù)加熱二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。他把少量汞放在密閉的容器里連續(xù)加熱12天，發(fā)現(xiàn)有一部分銀白色的液態(tài)汞變成紅色粉末，同時容器里空氣的體積差不多減少了1/5。他研究了剩余4/5體積的氣體，發(fā)現(xiàn)這部分氣體既不能供給呼吸，也不能支持燃燒，他認為這些氣體全部都是氮氣(拉丁文原意是“不能維持生命”)。 拉瓦錫 拉瓦錫研究空氣成分所用的裝置拉瓦錫又把在汞表面上所生成的紅色粉末收集起來，放在另一個較小的容器里再加強熱，得到了汞(化學(xué)符號Hg)和氧氣(化學(xué)符號O2)，而且氧氣的體積恰好等于密閉容器里所減少的體積。他把得到的氧氣加到前一個容器里剩下的4/5體積的氣體中，結(jié)果所得氣體跟空氣的性質(zhì)完全一樣。通過這些實驗，拉瓦錫得出了空氣由氧氣和氮氣(化學(xué)符號N2)組成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論。二、空氣中氧氣含量的測定實驗實驗探究操作如圖所示，在集氣瓶內(nèi)加入少量水，并將水面上方空間分為5等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞緊，觀察紅磷燃燒的現(xiàn)象。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察實驗現(xiàn)象及水面的變化情況。儀器現(xiàn)象紅磷燃燒，產(chǎn)生______火焰，放熱，生成大量______（五氧化二磷小顆粒），冷卻后，打開彈簧夾，________________________，進入水的體積約占集氣瓶內(nèi)空氣總體積的______分析紅磷燃燒消耗密閉容器內(nèi)空氣中的______，使密閉容器內(nèi)壓強______，內(nèi)外形成了________，在大氣壓的作用下，進入容器內(nèi)水的體積即為減少的氧氣的體積原理在這一反應(yīng)中，紅磷(化學(xué)符號P)與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成一種叫做五氧化二磷(化學(xué)符號P2O5)的新物質(zhì)。這一反應(yīng)可以用文字表示如下：____________________________。結(jié)論集氣瓶內(nèi)水平面上升約1/5，說明空氣中的氧氣被消耗了，消耗的氧氣約占空氣體積的_____。注意規(guī)范操作（（1）實驗前一定要先檢查裝置的氣密性。（2）實驗中藥品紅磷一定要足量，否則集氣瓶中氧氣無法完全消耗。（3）必須要等到集氣瓶完全冷卻后再打開止水夾，否則燃燒放熱會使氣體體積膨脹?？偨Y(jié)歸納——空氣中氧氣含量測定實驗的成功關(guān)鍵（（1）紅磷要過量；（2）裝置必須密封且氣密性好；（3）冷卻至室溫后，再打開彈簧夾。思考與交流（（1）若上述成功關(guān)鍵沒落實好，測出的氧氣含量結(jié)果偏大還是偏小？（2）紅磷在空氣中點燃后，伸進瓶內(nèi)的速度太慢，測出的氧氣含量結(jié)果偏大還是偏??？（3）能否用木炭或蠟燭代替紅磷做實驗？為什么？思考與交流：在實驗中，進入集氣瓶內(nèi)的水的體積常小于集氣瓶空氣總?cè)莘e的1/5，試分析原因。三、空氣的組成空氣成分氮氣氧氣稀有氣體二氧化碳其他氣體和雜質(zhì)體積分數(shù)78%21%0.94%0.03%0.03%四、混合物與純凈物1.混合物：像空氣這樣由兩種或多種物質(zhì)混合而成的物質(zhì)叫做混合物，組成混合物的各種成分之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它們各自保持著原來的性質(zhì)。2.純凈物：氮氣、氧氣、二氧化碳等分別只由一種物質(zhì)組成，它們都是純凈物。純凈物可以用化學(xué)符號來表示，如氮氣可以用N2來表示，氧氣、二氧化碳可分別表示為O2、CO2等。上面實驗中使用的紅磷(P)和生成的五氧化二磷(P2O5)也是純凈物。對點訓(xùn)練對點訓(xùn)練【例1】通過實驗測定空氣中氧氣含量的科學(xué)家是A．門捷列夫 B．達爾文C．拉瓦錫 D．牛頓【變1】化學(xué)家拉瓦錫通過實驗得出空氣由氧氣和氮氣組成，其中約占空氣體積五分之四的是A．氮氣 B．氧氣 C．二氧化碳 D．稀有氣體題型二：空氣中氧氣含量的測定實驗【例2】利用如圖所示裝置測定空氣中氧氣的含量（裝置氣密性良好）。下列操作不正確的是A．實驗前用彈簧夾夾緊膠皮管B．將集氣瓶內(nèi)水面上方空間分為5等份C．點燃紅磷后，立即將燃燒匙伸入瓶中并塞緊膠塞D．紅磷熄滅后，立即打開彈簧夾，觀察現(xiàn)象【變21】關(guān)于測定空氣中氧氣含量的實驗，下列說法正確的是A．實驗前止水夾沒有夾緊B．將紅磷換成木炭進行實驗C．待裝置冷卻至室溫后，再打開止水夾D．點燃紅磷緩慢伸入集氣瓶中后，再塞緊瓶塞【變22】如圖是測定空氣中氧氣體積分數(shù)實驗的兩個改進裝置，下列有關(guān)說法錯誤的是A．裝置a中的氣球先變癟后膨脹B．裝置a可以證明空氣中含有氧氣C．用裝置b實驗時未冷卻至室溫就打開止水夾，測得結(jié)果會偏小D．裝置b中實驗結(jié)束后集氣瓶內(nèi)水的體積等于被消耗的氧氣體積【變23】已知空氣的主要成分是氮氣和氧氣，某課外活動小組設(shè)計測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗裝置如圖所示：（1）A實驗中紅磷燃燒的文字表達式為______，實驗說明氧氣的體積約占空氣體積的______，該實驗成功的關(guān)鍵是______（填序號）。①裝置氣密性好②紅磷過量或足量③冷卻到室溫后才打開止水夾④要選用教室內(nèi)的空氣（2）某興趣小組將A實驗改進為如圖2所示，改進實驗后的優(yōu)點是______。題型三：空氣中氧氣含量測定實驗的誤差分析【例3】用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的實驗裝置如圖所示。實驗過程中，下列做法不會使實驗結(jié)果產(chǎn)生明顯誤差的是A．裝置漏氣B．把紅磷改為蠟燭C．未冷卻到實驗開始前的溫度就打開彈簧夾D．使用過量的紅磷【變31】如圖是測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗后發(fā)現(xiàn)測定氧氣的含量低于1/5，針對這一事實，你認為下列做法和想法不可取的是A．檢查實驗裝置是否漏氣B．將紅磷改成木炭后重新實驗C．可能是紅磷的量不足D．可能是未冷卻到室溫就打開止水夾【變32】用如圖裝置測定空氣里氧氣的含量，會導(dǎo)致實驗結(jié)果偏大的操作是A．紅磷過量 B．燃燒過程中未夾緊彈簧夾C．未冷卻到室溫就打開彈簧夾 D．實驗后有水殘留在導(dǎo)管中題型四：測定氧氣含量的其他裝置實驗【例4】某同學(xué)利用如圖裝置驗證了空氣中氧氣的含量。下列敘述不正確的是A．白磷的作用是消耗試管中的氧氣 B．白磷熄火后立即打開止水夾C．實驗前需檢查裝置氣密性 D．實驗時白磷一定要過量【變41】利用下圖裝置驗證空氣中氧氣的含量。用激光筆點燃白磷，待白磷熄滅后，冷卻至室溫，將玻璃管右端豎直浸入水槽中，取出水下橡膠塞后再進行讀數(shù)。下列敘述錯誤的是A．白磷需過量B．點燃白磷后，移動磁鐵使裝置內(nèi)的氧氣充分消耗C．讀數(shù)時，應(yīng)調(diào)整玻璃管高度使水槽內(nèi)液面與管內(nèi)液面相平D．若實驗操作無誤，可觀察到管內(nèi)液面高度在玻璃管刻度“1”處【變42】某化學(xué)興趣小組的同學(xué)在老師的指導(dǎo)下，正確完成如下圖所示兩個實驗。已知所用實驗裝置氣密性良好。關(guān)于該實驗，有如下說法：①紅磷熄滅并冷卻后才能打開彈簧夾；②停止加熱后即可讀出注射器內(nèi)氣體的體積約為24mL；③實驗取用銅絲質(zhì)量的多少不會影響實驗結(jié)果：④兩個實驗均能證明空氣是混合物；⑤兩個實驗均能證明空氣中約含1/5體積的氧氣。其中正確說法的個數(shù)有（）A．2個 B．3個 C．4個 D．5個【變43】化學(xué)小組用下圖所示裝置測定空氣中氧氣的含量。實驗前，實驗①和實驗②的密閉裝置內(nèi)空氣體積相等；所用白磷和暖寶寶(主要成分為鐵粉、碳粉和NaCl)均為足量。實驗序號實驗裝置氧氣含量隨時間的變化圖①②(1)實驗①中，裝置內(nèi)壓強降低的原因是_______。(2)某同學(xué)認為用暖寶寶進行實驗，所測結(jié)果更為準(zhǔn)確，他的依據(jù)是_______；但不適用于課堂上進行演示實驗。他的依據(jù)是_______。題型五：空氣的組成【例5】空氣中的成分按體積分數(shù)計算，大約為：______占21%；______占78%；稀有氣體占______；二氧化碳占______；其它氣體和雜質(zhì)占0.03%，總體上，空氣各成分的含量保持相對穩(wěn)定?！咀?1】下列有關(guān)空氣的說法錯誤的是A．空氣中各種成分的含量是相對穩(wěn)定的B．可以用紅磷燃燒反應(yīng)測定空氣中Y的含量C．X是氮氣，按質(zhì)量計算，在空氣中約含有78%D．占空氣1%的氣體Z是混合物【變52】“富氧空氣”是指氧氣含量高于普通空氣的氣體，可用于醫(yī)療、航天等。下列氧氣含量(假設(shè)氣體為氧氣和氮氣的混合氣)可用作富氧空氣的是A．8% B．19% C．21% D．75%題型六：混合物與純凈物【例6】下列“水”屬于純凈物的是（）A．自來水 B．汽水 C．冰水 D．糖水【變61】下列物質(zhì)都屬于純凈物的一組是（）①汽水②液態(tài)氧③水泥砂漿④冰水混合物A．②④ B．①④ C．②③ D．①③【變62】下列物質(zhì)中不屬于純凈物的是。A．二氧化碳（CO2） B．鮮榨橙汁C．五氧化二磷（P2O5） D．氮氣（N2）題型七：空氣的組成綜合大題【例7】空氣中氧氣含量測定的再認識。（經(jīng)典賞析）教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（裝置如圖1），通過該實驗拉瓦錫得出了空氣是由氧氣和_____（填物質(zhì)名稱）組成的，其中氧氣約占空氣總體積的1/5。（實驗回顧）（1）實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量（裝置如圖2），興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于1/5。其原因可能是：裝置漏氣；紅磷量不足，裝置內(nèi)氧氣有剩余；_________（2）由于紅磷在空氣中點燃后才放入集氣瓶內(nèi)，造成的實驗缺陷有：①測定結(jié)果不準(zhǔn)確；②_________。（提出問題）能否設(shè)計一套實驗裝置以解決上述缺陷？（實驗改進）改進一：興趣小組同學(xué)，設(shè)計了如圖3所示裝置：用一個100mL量筒倒扣在水中，使量筒內(nèi)外液面均位于40mL處，量筒內(nèi)浮著一個貼有銀片的小木塊，銀片上放有足量白磷，將整套裝置置于墊有__________（填儀器名稱）的鐵架臺的鐵圈上加熱。一會兒，白磷發(fā)生燃燒（白磷與紅磷符號相同），量筒內(nèi)液面上升，向燒杯內(nèi)加水直至量筒內(nèi)外液面相平，讀出此時液面對應(yīng)刻度。（1）放白磷的平板用銀做的原因是：銀的_________（填一物理性質(zhì)）好，易將白磷溫度升高，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。（2）最終，液面大約位于量筒刻度__________mL處；白磷燃燒的符號表達式為__________。改進二：興趣小組同學(xué)又進行了大膽改進，設(shè)計圖4（選用容積為40mL的試管作反應(yīng)容器，注射器活塞初始位置為20mL處，注射器空間為20mL，活塞與內(nèi)壁摩擦力及連接管空間容積忽略不計）實驗方案進行，收到了良好的效果。興趣小組同學(xué)裝配好儀器并確認氣密性良好后，將彈簧夾松開，直接給足量的紅磷加熱使其燃燒，反應(yīng)完全并冷卻后，注射器活塞最終將停留在約為________mL刻度處。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】法國化學(xué)家拉瓦錫將汞放在密閉容器里加熱12天，發(fā)現(xiàn)容器里空氣的體積減少了約1/5。減少的氣體是A．氮氣 B．氧氣 C．稀有氣體 D．二氧化碳【題2】空氣中氧氣含量測定的實驗裝置如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是A．選用紅磷是因為它可以耗盡氧氣，生成固態(tài)的物質(zhì)B．燃燒匙中的紅磷可以換成石蠟C．燃燒匙中的紅磷越多，水位上升越高D．實驗可以證明空氣含有N2、O2、CO2和稀有氣體【題3】用紅磷燃燒來探究空氣成分的實驗中，下列情況下不會導(dǎo)致所測氧氣體積比實際值偏小的是（）A．紅磷不足 B．裝置漏氣 C．冷卻到室溫才打開彈簧夾 D．以上都可能導(dǎo)致偏小【題4】測定空氣中氧氣含量的實驗裝置如圖所示。下列說法不正確的是A．氮氣不溶于水是設(shè)計該實驗的依據(jù)之一B．要等到裝置冷卻后，再打開止水夾C．實驗中紅磷的用量不會影響測定結(jié)果D．集氣瓶中少量的水起到降溫和吸收有害物質(zhì)的作用【題5】某同學(xué)利用如圖裝置成功測定了空氣中氧氣的含量，下列敘述正確的是A．實驗前需檢驗裝置的氣密性 B．白磷熄滅后立即打開止水夾C．白磷的作用是消耗試管中的氮氣 D．量筒中的液面約降至40mL刻度線【題6】某研究小組進行空氣中氧氣含量的驗證實驗。試管中加入足量的白磷，按圖1裝置連接好。數(shù)據(jù)采集開始后，將試管放入熱水中恒溫加熱，引燃白磷；待火星熄滅后，從熱水中取出試管，再放入冷水中冷卻至室溫。壓強傳感器測定的壓強變化如圖2所示，通過初始壓強（P1）與反應(yīng)結(jié)束后的壓強（P2），可以計算出氧氣的體積分數(shù)：O2%=（P1P2）/P1×100%。下列說法錯誤的是A．a(chǎn)~b段，說明試管放入熱水中，空氣受熱，壓強變大B．c點時，壓強最大，白磷停止燃燒，已消耗全部的氧氣C．d~e段，說明的是試管從熱水中取出后，放入冷水中冷卻的過程D．P1和P2的壓強分別為a和e所對應(yīng)的壓強【題7】空氣成分中，體積分數(shù)為0.94%的是A．氮氣 B．稀有氣體 C．氧氣 D．二氧化碳【題8】下圖為空氣成分示意圖（按體積計算），其中“a”代表的是A．氧氣 B．氮氣C．二氧化碳 D．稀有氣體【題9】下列物質(zhì)中,屬于純凈物的是A．液態(tài)氧 B．水泥砂漿 C．汽水 D．潔凈的空氣【題10】人類每時每刻都離不開空氣，沒有空氣就沒有生命，也就沒有生機勃勃的地球。但在二百多年前人們并不了解空氣，直到法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究空氣成分，才讓人們揭開空氣的神秘面紗。（1）拉瓦錫用圖1的實驗得出的結(jié)論是____________，但該實驗也有不足之處___________。（2）圖2的實驗是仿照圖1的實驗的原理，老師在課堂上演示的實驗，請寫出紅磷燃燒的文字表達式__________。有位同學(xué)向老師提出了一個問題：此實驗中能否用木炭代替紅磷驗證空氣中氧氣的含量？老師直接把問題交給了同學(xué)們，同學(xué)們討論后認為不能，理由是___________。后來老師又啟發(fā)同學(xué)們?nèi)魧⒋藢嶒炆宰鞲膭?，我們也可用木炭代替紅磷做此實驗，同學(xué)們經(jīng)過激烈地討論，他們的改動方法是__________。（3）本節(jié)課激發(fā)了同學(xué)們的探究興趣，同學(xué)們課后對圖2的實驗又進行了改進如圖3，用放大鏡聚焦太陽光而點燃紅磷，該裝置的優(yōu)點是________?！绢}11】以下四個實驗裝置，可用于“測定空氣中氧氣的含量”。請認真分析，回答下列問題。

(1)拉瓦錫用裝置A定量研究了空氣的成分，在密閉容器中，空氣中的氧氣與汞反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)。人們沿著科學(xué)家的足跡，對反應(yīng)物進行了優(yōu)化，分別用銅粉、紅磷等進行實驗，其原理都是采用___________(填“物理”或“化學(xué)”)方法，從混合氣體中除去某種氣體，從而達到物質(zhì)的分離。(2)對裝置C進行了裝置D所示的改進。裝置D的試管中空氣體積為40mL，反應(yīng)前注射器活塞位于20mL刻度處，反應(yīng)完畢后打開彈簧夾，注射器活塞位于10mL刻度處，則該實驗測得空氣中氧氣的體積分數(shù)為___________(保留小數(shù)點后一位)。小明分析，該實驗結(jié)果與理論值有差異的可能原因是___________(任答1點)。(3)與裝置C相比，裝置B的優(yōu)點是___________(答一點)。裝置B實驗中，為了使氧氣反應(yīng)更充分，實驗中采取的措施合理的是___________(填序號)。A銅粉平鋪在玻璃管中B反復(fù)推拉注射器的活塞C增加銅粉的質(zhì)量(4)為了幫助同學(xué)們理解裝置C實驗的原理，利用傳感器技術(shù)實時測定了裝置C實驗過程中裝置內(nèi)的壓強、溫度和氧氣濃度，三條曲線變化趨勢如圖四所示。試回答：①其中Y曲線表示的是___________(填“溫度”或“氧氣濃度”)。②結(jié)合X、Y兩條曲線，解釋圖四中BC段壓強變化的原因是___________。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】二百多年前用定量方法研究了空氣的成分，并得出氧氣約占空氣總體積1/5結(jié)論的科學(xué)家是A．張青蓮 B．門捷列夫 C．拉瓦錫 D．屠呦呦【練2】用下圖裝置可驗證空氣中O2的含量。下列現(xiàn)象能表明O2含量的是A．集氣瓶中產(chǎn)生大量白煙 B．紅磷燃燒一段時間后熄滅C．燒杯中的水倒吸進入集氣瓶 D．集氣瓶中水面最終上升至1處【練3】在測量空氣中氧氣含量的實驗中，發(fā)現(xiàn)氧氣的體積分數(shù)少于，針對這一事實，你認為下列做法或想法不可取的是（）A．查看裝置是否漏氣B．實驗中可能是紅磷的量不足C．實驗中可能未冷卻至室溫就打開了止水夾D．將紅磷改為木炭再重做實驗【練4】某同學(xué)用如圖所示裝置測定空氣里氧氣的含量，下列說法不正確的是A．實驗前一定要檢查裝置的氣密性B．該實驗可證明氧氣約占空氣總體積的1/5C．紅磷燃燒停止后，等冷卻至室溫后打開止水夾D．仍用本裝置、只把紅磷換成燃燒的木炭，能夠更精確測定空氣里氧氣的含量【練5】用下圖裝置進行實驗。下列說法錯誤的是A．紅磷燃燒，產(chǎn)生白煙 B．瓶中液面先上升，后下降C．瓶中液面最終升至1處 D．用激光筆點燃能減少實驗誤差【練6】如圖是測定空氣中氧氣體積分數(shù)實驗的兩個改進裝置，下列有關(guān)說法錯誤的是A．裝置a中的氣球先變癟后膨脹B．裝置a只能定性判斷空氣中含有氧氣C．把裝置b中的紅磷換成木炭、水換成燒堿溶液，不能得出預(yù)期結(jié)論D．裝置b中量筒里減少的水的體積就是裝置內(nèi)被消耗的氧氣體積【練7】空氣中下列各成分所占的體積由小到大的順序是①氧氣②氮氣③二氧化碳④稀有氣體A．③④①② B．④③①② C．②①④③ D．①③②④【練8】下列氣體中,屬于混合物的是()A．二氧化硫 B．水蒸氣 C．氮氣 D．空氣【練8】200多年前，法國一位科學(xué)家用下圖所示裝置研究了空氣的組成。他把少量汞放在密閉的容器中連續(xù)加熱十二天之久，得到了紅色的氧化汞粉末，同時容器里的空氣的體積差不多減少了五分之一、請回答下列問題。(1)這位科學(xué)家的名字是_______，他是從_______(填“定性”或“定量”)的角度研究空氣的組成。(2)寫出汞與氧氣反應(yīng)的文字表達式_______，基本反應(yīng)類型為_______(3)請根據(jù)所得信息，寫出本實驗使用汞的一個優(yōu)點：_______(4)通過實驗，這位科學(xué)家得出了空氣由氧氣和氮氣組成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論。請根據(jù)現(xiàn)在的認識，對此結(jié)論予以補充。_______【練9】如圖是“空氣中氧氣體積分數(shù)測定”實驗的改進裝置。主要操作有：在實際容積為150mL的集氣瓶里，先裝進50mL的水，然后按圖連好儀器，再往下伸入熱的玻璃棒，白磷即被點燃