4.1 第1课时　定量认识空气的组成 同步学案（含答案）

第四单元　我们周围的空气
第一节　空气的组成
第1课时　定量认识空气的组成
1.空气的成分
组　　成：氮气约　　　　％（体积分数，下同），氧气约　　　　％，氩气约　　　　％，二氧化碳约　　　　％，其他气体约　　　　％。
易错易淆：空气中各组分的含量，是指体积分数，而不是质量分数。
　2.测定空气中氧气的含量
装　　置：如图所示。
实验原理：铜＋氧气氧化铜。
（Cu）（O2）　　（CuO）
　实验数据：
硬质玻璃管的容积 反应前注射器内气体的体积 反应后注射器内气体的体积 反应消耗氧气的体积
40mL 30mL 16mL 14mL
现　　象：加热过程中气球会　　　　；铜粉由红色变为　　　　。
结　　论：（1）铜加热生成氧化铜，说明空气中含有氧气。
（2）反应后整个装置内空气的体积减小了　　　　，说明空气中的氧气约占空气总体积的　　　　。
易错易淆：（1）整个装置气密性要良好。如果气密性不好，测量的结果偏小。
（2）铜粉的用量要　　　　，并且要平铺于试管底部。如果铜粉不足，不能耗尽氧气，测量的结果偏　　　　。
（3）加热时要不断推拉注射器。目的是　　　　，否则测量结果偏　　　　。
（4）待试管冷却后，才能记录数据，否则测量结果偏　　　　。
（5）装置冷却后，应将气球内的气体全部挤入玻璃管内，使气球恢复原状，否则测量结果偏　　　　。
　（6）铜粉可以用红磷或白磷（P）替代，利用磷燃烧消耗空气中的氧气。
磷（P）＋氧气（O2）五氧化二磷（P2O5）
但是不能使用木炭替代铜，因为木炭与氧气的生成物是　　　　，会对气体体积的测量造成影响。
　探究一　空气的组成
　[2024·云南]空气中体积分数最大的气体是（　　　）
A.氧气 B.稀有气体
C.氮气 D.二氧化碳
　探究二　测定空气中氧气的含量
　如图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，将集气瓶内剩余部分分成五等份，并做上记号。下列说法不正确的是（　　　）
A.集气瓶内加入少量水可防止瓶底炸裂
B.该实验所用红磷的量不足可能造成气体减少的体积小于1/5
C.实验时，点燃的红磷要立即伸入集气瓶中，并塞紧橡皮塞
D.红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立即打开止水夹
【点悟】 测定空气中氧气含量的实验要求：①可燃物只能与空气中的氧气反应且生成物不能是气体；②可燃物要足量才能把装置内的氧气全部耗尽；③容器密闭，有良好的气密性，待装置冷却至室温再打开止水夹读数。
1.[2024·无锡]通过实验测定了空气成分的科学家是（　　　）
A.牛顿 B.道尔顿
C.拉瓦锡 D.门捷列夫
2.深呼吸，平复一下情绪。刚才吸入的空气中含量最多的气体是（　　　）
A.氧气 B.稀有气体
C.氮气 D.二氧化碳
3.[2024·北京]用如图所示装置进行实验（已知：着火点是物质燃烧所需的最低温度），测定出空气中O2约占1/5（按体积计算）。下列叙述不正确的是（　　　）
A.②中瓶内空气的体积约为200mL
B.加热铁丝可引燃铜匙中的白磷
C.白磷的作用是消耗②中瓶内的O2
D.最终注射器活塞移至约40mL刻度线处
1.[2024·新疆]占空气体积约1/5的气体是（　　　）
A.O2 B.N2
C.He D.CO2
2.[2023·宜宾改编]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（　　　）
A.洁净的空气是纯净物
B.氧气是空气中含量最多的气体
C.稀有气体在空气中含量最少
D.空气中各成分含量是按体积分数计量的
3.如图是测定空气中氧气含量的实验，对该实验的认识正确的是（　　　）
A.该实验中的铜粉可以换成木炭粉
B.熄灭酒精灯后立即读数
C.加热过程中，要来回推拉注射器的活塞，使铜与氧气充分反应
D.正确操作情况下，反应结束后消耗氧气的体积是反应前注射器内气体总体积的1/5
4.[2023·乐山]科学家通过“祝融号”火星车探测器测得火星表面大气成分（体积分数）如图所示，下列说法正确的是（　　　）
A.火星大气中N2的含量最高
B.火星大气中CO2的含量高于空气中的CO2
C.火星大气不含稀有气体
D.火星大气能使带火星的木条复燃
5.我国“祝融号”火星车测得火星大气成分如下表。下列说法错误的是（　　　）
火星大气成分 二氧化碳 氮气 氩气 其他气体
体积分数 95.30％ 2.70％ 1.60％ 0.40％
A.地球和火星的大气中都含有二氧化碳，但所含二氧化碳的化学性质不同
B.火星暂时不适合人类生存
C.地球和火星大气都属于混合物
D.用燃烧的木条可以区分火星大气和地球大气
6.某兴趣小组开展“测定密闭容器中氧气的体积分数”的探究实验。
实验1：按图1所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。
实验2：按图2所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂（铁生锈过程消耗瓶内氧气，其他辅助成分不干扰实验）。利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数。
图1
（1）实验1中，红磷燃烧的符号表达式为　　　　。红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开K，水能倒吸入集气瓶的原因是　　　　。本实验最终得到的结论是氧气约占空气总体积的　　　　。
（2）为提高实验的准确性，以上两个实验都需要注意的事项是　　　　。
（3）实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图3、图4所示。依据图3、图4信息，　　　　（填“实验1”或“实验2”）的测定方法更准确，判断依据是　　　　。
图3
图4
（4）结合你的学习经验，若要寻找红磷或铁粉除氧剂的替代物，用图1或图2装置测定空气中氧气的体积分数，该替代物应满足的条件是　　　　。
7.（科学探究与实践）[2024·成都]空气中含有多少氧气呢？学习小组开展“测定空气中氧气含量”的探究活动。
资料：①红磷燃烧的最低温度是240℃，白磷燃烧的最低温度是40℃。
②相同的温度和体积下，气体压强与分子数成正比。
③相同的温度和压强下，气体体积与分子数成正比。
　【史料研究】
二百多年前，化学家拉瓦锡利用汞能和氧气发生反应的原理，采用图1装置测出氧气约占空气体积的1/5。
（1）加热时，曲颈甑内液态汞表面产生红色粉末，玻璃钟罩内的现象是　　　　，产生该现象的原因是　　　　。
图1
　【设计与实验】
设计并利用图2装置测空气中氧气的含量。
图2
（2）主要步骤如下，正确的顺序为　　　　（填序号）。
①用弹簧夹夹紧胶皮管
②红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹
③点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧塞子
④在集气瓶中加入少量水，将水面上方空间分成5等份
（3）实验结束，集气瓶中剩余气体的主要成分是　　　　。
【优化与实验】
同学们利用图2装置多次实验，水面均未上升到刻度“1”。经讨论后，分别取足量红磷、白磷采用图3装置进行实验，记录并处理数据分别如图4、图5。
图3
图4　氧气含量随时间变化图
图5　压强随时间变化图
（4）图4中氧气含量从8.05％上升到9.26％，原因可能是　　　　。
（5）图5中BC段压强增大，原因是　　　　。白磷消耗的氧气占空气体积的　　　　％（结果精确到0.01％）。
　【反思与交流】
（6）图2实验水面未达到刻度“1”，原因是装置中的氧气未消耗完。红磷燃烧不能将氧气消耗完的主要原因是　　　　。
　（7）上述实验中汞、白磷和五氧化二磷均有毒，对环境“不友好”。结合实验原理和试剂弊端，可选择的替代试剂有　　　　（写一种）。
参考答案
第四单元　我们周围的空气
第一节　空气的组成
第1课时　定量认识空气的组成
【预习导航】
1.78　21　0.934　0.038　0.002　2.先胀大后恢复原状　黑色　1/5　1/5　足量　小　使铜粉与氧气充分接触，尽可能地消耗整个装置内的氧气　小　小　大　气体
【归类探究】
【例1】C　【例2】D
【当堂测评】
1.C　2.C　3.D
【分层训练】
1.A　2.D　3.C　4.B　5.A　6.（1）P＋O2P2O5　氧气被消耗，瓶内压强减小　1/5　（2）红磷和除氧剂要足量（或装置气密性要好）　（3）实验2　实验2最终氧气的体积分数接近0，实验1最终氧气的体积分数为8.6％　（4）只与氧气反应，生成物不是气体　7.（1）汞液面上升　汞与氧气反应，钟罩内气体减少，压强减小　（2）④①③②　（3）氮气　（4）反应结束后，温度下降，气体逐渐混合均匀（或温度下降，水蒸气变成液态，氧气含量增大）　（5）反应刚开始，温度升高对压强的影响比气体减少对压强的影响大　19.37　（6）反应一段时间后，氧气浓度下降到一定程度，燃烧放出的热量减少，温度降低到红磷燃烧需要的温度以下，红磷熄灭，所以氧气消耗不完（合理即可）　（7）铜粉
。