化学人教版九上讲义：第3讲 空气的组成（含答案）

第二章 我们周围的空气
空气的组成
适用学科 初中化学 适用年级 初三
适用区域 人教版区域 课时时长（分钟） 120
知识点 1．空气的组成、用途及各成分的体积分数 2．测定空气中氧气的含量 3．纯净物和混合物
教学目标 1.知道空气中含有哪些气体及各成分的体积分数 2.掌握测定空气中氧气含量的实验 3.会区分混合物和纯净物 4.知道空气是一种宝贵的自然资源，养成关注环境、热爱自然的情感。
教学重点 1.空气中氧气含量的测定实验 2.混合物和纯净物的区分 3.空气的组成和用途
教学难点 纯净物和混合物的区分
同学们，你们是从什么时候开始知道有空气这种看不见的东西的？又有哪位同学知道我们的先人从什么时候开始认识空气的吗？
使用建议说明：本节课是学生第一次接触到具体的物质，所以我们应该一开始就联系身边的例子，引出空气的发现历史，大概10分钟左右引入正文，建议如下：
1、可以让孩子先用实验证明一下空气的存在，然后再引入历史。
2、空气发现史中可以重点介绍一下拉瓦锡的贡献以及他的结局。
使用建议说明：本考点是中考的必考考点，讲解的时候我们可以穿插一些科学家发现氧气的趣闻。结合孩子的认知，和生活中的实例讲解内容。
18世纪70年代，瑞典科学家舍勒和英国的科学家普利斯特里，分别发现并制得了氧气。
法国科学家拉瓦锡最早运用天平作为研究化学的工具，用定量的方法研究了空气的成分，第一次明确提出了“空气是由氧气和氮气组成的”。其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。
空气的主要成分和组成：
空气成分 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳 其他气体和杂质
体积分数 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03%
各成分的主要性质和用途
成分 主要性质 主要用途
氧气 化学性质：供给呼吸、支持燃烧 物理性质：无色无味的气体，不易溶于水，密度比空气略大 潜水、医疗急救、炼钢、 气焊以及登山和宇宙航行等
氮气 化学性质：化学性质不活泼 物理性质：无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小 根据化学性质不活泼常用作保护气； 医疗上用作冷冻麻醉剂； 制硝酸和化肥的重要原料等
稀有气体 化学性质：很不活泼（惰性） 物理性质：无色无味的气体， 在通电时能发出不同颜色的光 利用其惰性用作保护气； 用于航标灯、闪光灯、霓虹灯的电源； 用于激光技术，制造低温环境
使用建议说明：空气中氧气含量的测定是本讲的重点和难点，一定要结合实验视频，引导学生去思考，以问题的形式引出知识内容。
【实验原理】：
红磷 + 氧气 五氧化二磷
P O2 P2O5
红磷燃烧消耗氧气且生成物是固体，使密闭装置内的气体体积减少，导致装置内压强小于外界大气压，水在压强差的作用下进入密闭容器，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。
【实验装置】：
【实验步骤】：
① 连接装置并检查装置的气密性；
② 先在集气瓶内加少量水，并作上记号，将剩余部分分成五等份；
③ 关闭止水夹，点燃红磷，迅速伸入广口瓶，立即塞紧橡皮塞；
④ 冷却到室温打开止水夹。
【实验现象】：
红磷燃烧，生成大量白烟，放出热量；冷却后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。
【实验结论】：
氧气约占空气总体积的1/5。
【剩余气体的性质】：
不燃烧也不支持燃烧，难溶于水。
【注意事项及误差分析】：
注意事项 原因 不注意导致的后果
① 红磷要足量 以保证将密闭空气中的氧气尽可能消耗完 测定结果偏小
② 装置气密性要好 如果装置漏气，冷却后此时装置内部气体量减小压强减小，外界会进入一部分空气 测定结果偏小
③ 冷却至室温再打开止水夹 如果燃烧刚结束就打开止水夹，瓶内气体还处于受热膨胀状态，压强变化不明显 测定结果偏小
④ 点燃红磷后迅速伸入广口瓶 如果燃烧匙伸入瓶中太慢，造成瓶中部分气体受热逸出 测定结果偏大
⑤ 弹簧夹要夹紧 致使部分空气受热膨胀从导管逸出 测定结果偏大
【选择药品的要求】：
① 能在空气中燃烧
② 只与空气中的氧气反应
③ 生成物为固体
思考问题：能不能用铁丝、木炭，硫，镁代替红磷，为什么？
使用建议说明：纯净物和混合物是中考必考内容之一，学生如果没学好，很长时间都纠正不过来，一定要讲细讲透。可以结合一些微观图形，便于孩子理解。
混合物：由两种或两种以上的物质混合而成的物质.如:空气、矿泉水、澄清石灰水、各种溶液
注意：组成混合物的各成分保持着它们各自的性质，没有专门的符号。
纯净物：只由一种物质组成。如:氧气、氮气，五氧化二磷、二氧化碳、液氧、冰水混合物
注意：纯净物可以用专门的符号来表示
使用建议说明：本知识点培养学生正确的化学观和社会观，引导学生多说。
空气污染及防治：对空气造成污染的主要是有害气体（CO、SO2、氮的氧化物）和烟尘等。目前计入
空气污染指数的项目为CO、SO2、NO2、O3和可吸入颗粒物等。
（2）空气污染的危害、保护：
危害：严重损害人体健康,影响作物生长,破坏生态平衡.全球气候变暖,臭氧层破坏和酸雨等
保护：加强大气质量监测，改善环境状况，使用清洁能源，工厂的废气经处理过后才能排放，积极植树、造林、种草等
（3）目前环境污染问题:
臭氧层破坏（氟里昂、氮的氧化物等）温室效应（CO2、CH4等）
酸雨（SO2、NO2等）白色污染（塑料垃圾等）
使用建议说明：此处内容主要用于教师课堂的精讲，每个题目结合试题本身、答案和解析部分，教师有的放矢的进行讲授或与学生互动练习。
下列属于纯净物的是（ ）
A、五氧化二磷 B、大理石 C、加碘食盐 D、食醋
【答案】A
【解析】纯净物由同种物质组成，能够用一种化学式表示或者能够说出化学名称的属于出境无，选项A符合题意。
下图装置常用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、 红磷燃烧产生大量白色烟雾
B、燃烧匙中的红磷可以换成细铁丝
C、该实验可说明N2难溶于水
D、红磷的量不足会导致进入集气瓶中水的体积大于1/5
【答案】C
【解析】烟是固体小颗粒悬浮在空气中，雾是小液滴悬浮在空气中，红磷燃烧产物是五氧化二磷，是固体，因此现象是产生大量白烟，选项A错误；铁丝在空气中不能燃烧，氧气浓度不足，选项B错误；红磷的量不足，氧气反应不充分，因此会导致进入集气瓶中水的体积小于1/5，选项D错误；空气主要成分是氮气和氧气，氧气反应后主要剩余氮气，而水并没有充满集气瓶或进入更多，因此可见氮气难溶于水，选项C正确。
环保部门按新修订的《环境空气质量标准》，着力做好细颗粒物(PM2.5)和臭氧（O3)等新增指标的监测。下列说法正确的是 （ ）
A、直接焚烧植物秸秆不会造成大气污染 B、吸入细颗粒物对人体健康没有危害
C、化学在环境监测和保护中起重要作用 D、臭氧(O3)是一种氧化物
【答案】C
【解析】PM2.5属于吸入颗粒中的一类，会影响人体健康，焚烧秸杆也会产生PM2.5，臭氧是一种单质。
使用建议说明：在对课堂知识讲解完，把握了重点突破了难点以及练习精讲了之后，再用练习马上进行课堂检测，根据学生情况建议分3个难度层次：易，中，难。
1、下列物质的用途，只利用其物理性质的是（ ）
A、氧气用于炼钢 B、稀硫酸除锈
C、液氮作致冷剂 D、氮气用于填充灯泡作保护气
2、山西云冈石窟有很多佛像雕塑，原本栩栩如生的雕像现如今已经变得模糊不清，有的表面还出现了斑点，造成这种现象的原因之一是酸雨，下列气体中能形成酸雨的是（ ）
A、O2 B、CO C、N2 D、SO2
3、下列气体说明空气中含有哪些成分？
（1）小白鼠在盛有空气的密闭容器中存活了一段时间__________。
（2）酥脆饼干在空气中放置一段时间后，逐渐变软__________。
（3）空气是制造氮肥的原料__________。
（4）长期放置在空气中的澄清石灰水表面有一层白色固体物质__________。
【答案】
1、C 2、D 3、 （1） 氧气 （2） 水蒸气 （3） 氮气 ?（4） 二氧化碳
【解析】
1、氧气用于炼钢利用的是氧气可以助燃的性质，是化学性质；稀硫酸除锈利用的是硫酸和铁锈发生化学反应的性质，也是化学性质；液氮作致冷剂利用的是液氮升华吸热的性质，是物理性质；氮气用于填充灯泡作保护气利用的是氮气的化学性质不活泼，是化学性质。
2、本题考查对常见污染气体的了解。常见污染气体有：SO2、CO及氮氧化物等，其中二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的主要气体。
3、题目考查的是空气中各成分的主要作用及有关的化学反应，题目（1）考查氧气对人及动物的呼吸支持作用，题（2）考查空气中的水蒸气易使某些物质吸湿变潮，题（3）考查氮气在现实生活中的实际应用, 题（4）考查二氧化碳的特性。
4、目前，我国按重点城市空气质量日报的监测项目不包括（ ）
A、二氧化硫（SO2） B、二氧化碳 （CO2）
C、二氧化氮（NO2） D、总悬浮颗粒物（TSP）
5、你能通过哪些现象说明空气的存在？
6、实验装置如图2-5所示，甲、乙两个集气瓶用导管连接，玻璃管A的下端紧系一只气球。将此装置放置在阳光下一段时间后，可能观察到的现象是____________；产生这些现象的原因是_______________________。
图2-5
【答案】
B
5、风吹草动、扇扇子感到有凉风、空瓶子投入水中产生气泡等都可以作为答案
6、乙瓶内白磷自燃；产生白烟，冷却后瓶壁上有白色固体出现；甲瓶中气球自动膨大 白磷受阳光照射一段时间后，温度升高，一旦达到其着火点后，便可自燃，耗掉装置中的氧气，体系压强便低于大气压强，于是在大气压的作用下，甲瓶中的气球便自动膨大
【解析】
4、由于二氧化碳不属于空气污染物，所以一般不包括二氧化碳。
5、本题属于开放性题目。旨在通过对生活常识的了解和化学课堂了解的有关知识进行解答。
6、该装置原理与教材空气中氧气含量测定实验原理相似。白磷受阳光照射一段时间后，温度升高，一旦达到其着火点后，便可自燃，耗掉装置中的氧气，体系压强便低于大气压强，于是在大气压的作用下，甲瓶中的气球便自动膨大。
7、在治理城市空气污染中所采取的措施不正确的是（ ）
A、焚烧落叶 B、增加绿地面积
C、减少用煤作燃料 D、汽车改用清洁燃料
8、市场上销售的香肠、盐水鸭、榨菜、豆腐干等食品，常采用真空包装，真空包装的目的是除去空气，使大多数微生物因缺少_________气而受到抑制，停止繁殖，同时防止食品发生缓慢_________而变质。
茶叶、肉松、膨化食品等常采用真空充气包装，即将仪器装入包装袋，抽出袋内空气，再充入防止食品变质的气体，然后封口，真空充气包装能使食品保持原来的色香味及营养价值，防止食品受压而破碎变形。
提出问题：充入食品包装袋中的气体是什么？
猜想与验证：可能是N2，实验初步验证的方法及现象：___________________________。
充入的气体还可能是：①_________；②_________。
9、为测定空气中氧气的含量，设计如下方案：
选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成如下图的实验装置。假设此实验正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：
（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处_______________________________________。
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为________________________________________________________。
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为____________________________________________________________。
（4）若进行该实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如____________。
【答案】
7、A
8、氧 氧化 （2）将燃着的木条伸入该气体中，火焰熄灭，将该气体通入澄清的石灰水，石灰水不变浑浊 ①CO2 ②N2和CO2
9、（1）装置的气密性好
（2）白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿约在12mL的刻度线上
（3）白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8mL的刻度线上
（4）橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等
【解析】
7、这是一道有关空气污染的考题。增加绿地面积，可以增加光合作用，把二氧化碳转化为氧气；少用煤作燃料，可以减少二氧化硫的排放；汽车改用清洁燃料，可减少有毒气体的排放；焚烧落叶，会产生大量烟污染空气。
8、这是一道与生活紧密相关的题目。考查的是食品的防腐问题。（1）是采用真空包装，使微生物不能繁殖，使食品缺少氧气而不能发生缓慢氧化而变质；（2）是采用充气包装，充入的气体必须无毒、不与食品发生反应，且易得、廉价的气体，N2是最好的选择，氧气、氮气都是空气的主要成分，空气是宝贵的自然?资源。
9、（1）打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明整个装置都不漏气；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这时白磷燃烧消耗掉的只是试管内的氧气为40mL×1/5=8mL，所以活塞应停在20mL-8mL=12mL的刻度处；
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，白磷实际消耗掉的是试管40mL和注射器内20mL的氧气为（40mL+20mL）×1/5=12mL，所以活塞应停在20mL-12mL=8mL的刻度处；
（4）因为白磷在密闭容器内燃烧产生热量使气体膨胀，可能会使橡胶塞弹出、试管爆裂、不使用弹簧夹可能会使注射器活塞弹出等，造成实验失败。
使用建议说明：此处内容主要用于教师对本节课重点内容进行总结，一方面是对本节课的重点难点内容的回顾，更重要的是针对这节课学生出现的问题再次进行复习提问等，以达到让学生课上掌握的目的，同时可以对下节课内容进行简单的铺垫，以体现出本节课内容与下节课内容之间的关系。
1、空气的成分及用途要准确掌握；
2、纯净物和混合物要会区分
3、空气是一种重要的资源。
使用建议说明：此处内容主要用于教师根据学生掌握情况有针对性的进行课后作业的布置，掌握好的同学可以适当的布置难度大一些的作业，成绩一般的同学可以以基础题和巩固题目为主，但是一定要控制作业的数量，给学生布置的作业一般不要超过5题，这样学生才能保证做题的质量。
1、下列物质属于纯净物的是 （ ）
A、空气 B、蔗糖水 C、75％的医用酒精 D、蒸馏水
2、空气中，氧气所占的体积分数大约是 （ ）
A.、1/5 B、 1/4 C、4/5 D、 1/2
3、《苏州市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了关于资源环境发展的目标，其中有利于控制我市空气污染的是( )
A、二氧化硫年排放总量在2010年的基础上减少5％以上
B、城市生活污水集中处理率达85％以上
C、氨、氮等主要水污染物年排放总量在2010年的基础上减少8％以上
D、通过资源空间配置，提高土地集约利用效率
【答案】
1、D 2、A 3、A
4、用来测定空气成分的方法很多，图1所示的是用红磷在空气中燃烧的测定方法。实验过程是：
第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。
第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中的水约为集气瓶总容积的1/5。
图1 图2
请完成下列问题。
（1）集气瓶中剩余的气体主要是____________。
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是 _________、_________。
（3）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法(如图2所示)，你认为改进后的优点是___________________________。
5、请用① 氧气 ② 二氧化碳 ③ 氮气 ④ 食盐 等物质的序号填空：
空气是一种重要的自然资源，其中 约占空气体积的78％，人类维持生命不可缺少的气体是 ， 是植物进行光合作用不可缺少的物质，日常生活中用来调味和防腐的是 。
6、成年人每分钟大约吸入氧气8L，大约需要空气 L，在这些空气中氮气约为 L。
【答案】
4、（1）氮气 （2）红磷量不足 装置漏气 （3）防止气体对流、密封性好、实验结果准确
5、③①②④
6、40 32
7、下列现象与空气中的什么成分有关：
① 酥瓜子变软____________________________________
② 石灰水变浑浊____________________________________
③ 大豆根瘤菌____________________________________
④ 支持呼吸____________________________________
8、小军根据燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验原理，认为可用木炭替代红磷测定空气中氧气的含量，并按下图所示装置进行实验。
（1）依据的实验原理是_______________________________。
小军检查装置气密性后，将盛有足量红热木炭的燃烧匙迅速伸入广口瓶中，并把塞子塞紧，待红热的木炭熄灭并冷却至室温后，就打开弹簧夹，并未发现倒吸现象。经过认真分析，小军发现实验失败的原因是（答一条）_____________________________________________。
（2）小军反思上述实验的探究过程后认为：用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在药品的选择和生成物的要求上应考虑的是（答一条）_____________________________。
【答案】
7、水蒸气 二氧化碳 氮气 氧气
8、（1）探究空气中氧气含量的实验原理是：选择某种能与空气中的氧气反应而不与空气中其它气体反应的固体物质（如红磷，白磷等），利用过量的该物质将空气中的氧气完全消耗，生成新的固体物质，使密闭容器内气体体积减小（减小的体积即为氧气的体积），气体的压强减小，引起水面变化，从而确定空气中氧气的体积分数。
木炭在空气中燃烧消耗空气中的氧气；木炭在空气中燃烧虽然消耗了空气中的氧气，但生成了二氧化碳气体，致使广口瓶内气体压强未减小。
（2）药品要能在空气中燃烧，燃烧时只消耗氧气（或生成物不能是气体）
此处内容主要是针对教师在这节课上的比较成功的地方和比较失败的地方进行反思总结，同时也可以利用问卷星或调研表等对学生进行调研，以便于更好的总结和反思自己的教学。
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