第1课时 空气的组成
知识梳理
知识点1 空气的组成
(1)法国化学家 用定量的方法研究了空气成分，目前人们用实验方法精确测定了空气的成分，如下表：
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 21% 0.03%
(2)空气中氧气含量的测定（见“实验剖析”）
知识点2 混合物和纯净物
(1)纯净物： 的物质。如氮气、氧气、二氧化碳等。
(2)混合物： 的物质。如空气、海水等。
纯净物是相对而言的，自然界中绝对纯净的物质是不存在的。通常所讲的纯净物是指含杂质很少，具有高纯度的物质。
重难突破
重难点 纯净物与混合物
【典例】下列各组物质中，前者属于纯净物，后者属于混合物的是( )
A．二氧化碳、稀有气体
B．冰水混合物、高锰酸钾
C．洁净的空气、五氧化二磷
D．矿泉水、澄清石灰水
判断某物质属于纯净物还是混合物时，主要分析该物质由几种物质组成，不能根据表面字眼“纯”“混”“洁净”等进行判断，如“冰水混合物”只有水一种物质，属于纯净物，而“洁净的空气”是由多种物质组成的混合物。
【对点训练】
1.每年的9月16日为国际保护臭氧层日。臭氧能吸收大部分紫外线，保护地球生物。臭氧(O3)属于( )
A.氧气 B．混合物
C．纯净物 D．稀有气体
2.有下列物质：①液氢；②冰水混合物；③医用酒精；④纯净的空气；⑤氧化镁；⑥海水。请用这些物质的序号填空：
(1)属于混合物的是 。
(2)属于纯净物的是 。
实验剖析
实验 空气中氧气含量的测定
1.实验装置（用红磷作反应物）
2.实验原理
红磷燃烧消耗氧气生成五氧化二磷固体，使容器中压强减小，水被压入集气瓶，减少的气体体积即为氧气的体积。
3.实验现象
(1)红磷燃烧产生大量的白烟；
(2)冷却至室温后，打开弹簧夹，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。
4.实验结论
(1)氧气体积约占空气体积的1/5。
(2)氮气不能燃烧也不支持燃烧且难溶于水。
5.误差分析
误差 分析 注意事项
测量 结果 偏低 红磷不足，氧气不能耗尽，导致进入瓶中的水的体积偏小 红磷要足量
装置漏气会使装置外的空气进入，导致进入瓶中的水的体积偏小 装置不能漏气
过早打开弹簧夹会因为装置内气体温度偏高，压强偏大，从而导致进入瓶中水的体积偏小 待集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹
测量 结果 偏高 导气管不夹紧，红磷燃烧时集气瓶内受热的气体顺着导管逸出，使进入瓶中水的体积偏大 导气管要夹紧
伸入过慢会使装置内的气体受热逸出，导致进入瓶中水的体积偏大 点燃红磷后燃烧匙伸入要迅速，并塞紧塞子
6.红磷替代品应满足的条件
(1)可燃物能够在空气中燃烧。如不能选用铁丝代替红磷，因为铁丝在空气中不易燃烧。
(2)可燃物在空气中燃烧时只能与氧气反应，不能消耗其他气体。如不能选用镁代替红磷，因为镁不仅与氧气反应，也可与二氧化碳、氮气反应，使集气瓶内减少的气体体积不全是氧气的体积。
(3)可燃物燃烧时只能生成固体，不能生成气体。如不能用木炭、硫代替红磷，因为木炭、硫在空气中燃烧会生成气体。
7.实验装置改进方案
(1)点火方式的改进：如将红磷换成白磷，通过光、热、电能使其在密闭的环境中燃烧，既减少对空气的污染又保证实验的成功，如上图A、B。
(2)反应物的改进：如反应物可以用铜代替，因为铜在密闭装置中，加热的条件下与氧气发生反应生成氧化物，气体体积的减少量即为空气中氧气的含量，如上图C。
【对点训练】
（模型构建）小强建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型。
［分离转移］
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其他物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
［探究一 ］根据沸点低的组分先汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的 （填“分离转移”或“反应转化”）。
［探究二］根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。
甲
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时，弹簧夹最合理的打开时间是 ，该实验中，集气瓶中少量水的目的是 。
［交流评价］
(3)已知：在空气中点燃石蜡，会生成水和二氧化碳等物质。小强用足量石蜡替换红磷规范操作后，测得的氧气含量将 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
［继续探究］
(4)图乙装置的玻璃管中空气体积为25 mL，反应前注射器活塞位于11 mL刻度处，反应完毕后，注射器活塞位于4 mL刻度处，则该实验测得空气中氧气的体积分数为 （结果保留一位小数）。
知识点1 空气的组成
1.空气的成分中，体积分数最大的是( )
A.氮气 B．氧气
C．二氧化碳 D．稀有气体
2.下列有关空气成分的说法错误的是( )
A．氮气常用作保护气
B．氧气约占空气体积的21%
C．洁净的空气是纯净物
D．空气的主要成分是氮气和氧气
知识点2 空气中氧气含量的测定
3.如图所示装置可用于测定空气中氧气的含量。下列说法错误的是( )
A．足量的白磷和装置气密性良好是实验成功的保证
B．实验成功的标志是集气瓶中水面最终停在接近1处
C．实验过程中集气瓶的液面先上升后下降
D．激光笔的作用是引燃白磷
4.某同学利用燃烧法测定空气中氧气含量，查阅资料得知五氧化二磷会污染空气，于是把实验装置甲改进为实验装置乙。
(1)你认为装置乙较装置甲的优点是 。
(2)该实验得出的正确结论是 。
(3)不能用木炭代替红磷，因为 。
(4)如果测量值比实际值偏小，请分析可能原因： 。
知识点3 纯净物与混合物
5.下列物质属于纯净物的是( )
A．洁净的空气 B．干净的果汁
C．冰水共存物 D．矿泉水
6.关于纯净物和混合物的叙述正确的是( )
A．纯净物由一种物质组成，混合物由两种物质组成
B．混合物中的各成分有的相互之间已发生了化学反应
C．纯净物有固定的组成和性质，混合物也有固定的组成和性质
D．氧气和臭氧混在一起形成的是混合物
7.下列物质：①氮气、②液态空气、③氧化镁、④矿泉水、⑤氧气、⑥二氧化碳、⑦铁、⑧冰水混合物。
(1)属于纯净物的有 （填序号），仿写一例： （填名称）。
(2)属于混合物的有 （填序号），仿写一例： （填名称）。
8.小雨利用如图甲所示装置（气密性良好）和试剂测定空气中氧气含量，氧气传感器测得集气瓶内氧气的体积分数变化曲线如图乙所示。下列说法不正确的是( )
A．实验时，加热铜丝约20 s白磷开始燃烧
B．反应时，集气瓶内可观察到产生大量白烟
C．该实验中白磷未将瓶内的氧气完全耗尽
D．倒吸入集气瓶中水的体积等于空气中氧气的体积
9.某同学利用燃磷法测定空气中氧气含量，实验过程如图所示。
(1)用图1实验测得氧气的体积分数，若该实验没有达到实验目的，可能的原因之一是 。
(2)写出红磷燃烧的文字表达式： 。
图2
(3)图1实验代替课本实验图2的优点是 （答一点即可）。
(4)已知金属镁在空气中燃烧，可分别与氧气与氮气反应，都生成固体物质，该实验中的红磷 （填“能”或“不能”）用镁来代替。
10.（科学态度与社会责任）空气可谓无所不在，但人类对其组成的认识经历了漫长的过程。
(1)二百多年前，化学家 （填字母序号）利用汞能和氧气发生反应的原理，采用图1装置得出空气由氧气和氮气组成的结论。
A．拉瓦锡 B．道尔顿
C．阿伏加德罗 D．门捷列夫
(2)同学们设计并利用图2装置测空气里氧气含量。
①图2发生化学反应的文字表达式为 。
②实验过程中集气瓶内观察到的燃烧现象为 。
③同学们利用图2装置实验，水面未上升到刻度“1”，请你分析可能的原因 （答一点）。
(3)老师分别取足量红磷采用图3装置进行实验，记录并处理数据分别如图4、图5。
①从图4可知，红磷燃烧熄灭后，集气瓶内 （填“存在”或“不存在”）氧气。
②图5中BC段压强增大，原因是 。第1课时 空气的组成
知识梳理
知识点1 空气的组成
(1)法国化学家 拉瓦锡 用定量的方法研究了空气成分，目前人们用实验方法精确测定了空气的成分，如下表：
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%
(2)空气中氧气含量的测定（见“实验剖析”）
知识点2 混合物和纯净物
(1)纯净物： 只由一种物质组成 的物质。如氮气、氧气、二氧化碳等。
(2)混合物： 由两种或两种以上的物质混合而成 的物质。如空气、海水等。
纯净物是相对而言的，自然界中绝对纯净的物质是不存在的。通常所讲的纯净物是指含杂质很少，具有高纯度的物质。
重难突破
重难点 纯净物与混合物
【典例】下列各组物质中，前者属于纯净物，后者属于混合物的是( )
A．二氧化碳、稀有气体
B．冰水混合物、高锰酸钾
C．洁净的空气、五氧化二磷
D．矿泉水、澄清石灰水
解析：A.二氧化碳是由一种物质组成的，属于纯净物；稀有气体中含有氦气、氖气、氩气等物质，属于混合物。B.冰水混合物是由一种物质组成的，属于纯净物；高锰酸钾是由一种物质组成的，属于纯净物。C.洁净的空气中含有氧气、二氧化碳等物质，属于混合物；五氧化二磷是由一种物质组成的，属于纯净物。D.矿泉水中含有多种矿物质，属于混合物；澄清石灰水中含有氢氧化钙、水，属于混合物。
答案：A
判断某物质属于纯净物还是混合物时，主要分析该物质由几种物质组成，不能根据表面字眼“纯”“混”“洁净”等进行判断，如“冰水混合物”只有水一种物质，属于纯净物，而“洁净的空气”是由多种物质组成的混合物。
【对点训练】
1.每年的9月16日为国际保护臭氧层日。臭氧能吸收大部分紫外线，保护地球生物。臭氧(O3)属于( C )
A.氧气 B．混合物
C．纯净物 D．稀有气体
2.有下列物质：①液氢；②冰水混合物；③医用酒精；④纯净的空气；⑤氧化镁；⑥海水。请用这些物质的序号填空：
(1)属于混合物的是 ③④⑥ 。
(2)属于纯净物的是 ①②⑤ 。
实验剖析
实验 空气中氧气含量的测定
1.实验装置（用红磷作反应物）
2.实验原理
红磷燃烧消耗氧气生成五氧化二磷固体，使容器中压强减小，水被压入集气瓶，减少的气体体积即为氧气的体积。
3.实验现象
(1)红磷燃烧产生大量的白烟；
(2)冷却至室温后，打开弹簧夹，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。
4.实验结论
(1)氧气体积约占空气体积的1/5。
(2)氮气不能燃烧也不支持燃烧且难溶于水。
5.误差分析
误差 分析 注意事项
测量 结果 偏低 红磷不足，氧气不能耗尽，导致进入瓶中的水的体积偏小 红磷要足量
装置漏气会使装置外的空气进入，导致进入瓶中的水的体积偏小 装置不能漏气
过早打开弹簧夹会因为装置内气体温度偏高，压强偏大，从而导致进入瓶中水的体积偏小 待集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹
测量 结果 偏高 导气管不夹紧，红磷燃烧时集气瓶内受热的气体顺着导管逸出，使进入瓶中水的体积偏大 导气管要夹紧
伸入过慢会使装置内的气体受热逸出，导致进入瓶中水的体积偏大 点燃红磷后燃烧匙伸入要迅速，并塞紧塞子
6.红磷替代品应满足的条件
(1)可燃物能够在空气中燃烧。如不能选用铁丝代替红磷，因为铁丝在空气中不易燃烧。
(2)可燃物在空气中燃烧时只能与氧气反应，不能消耗其他气体。如不能选用镁代替红磷，因为镁不仅与氧气反应，也可与二氧化碳、氮气反应，使集气瓶内减少的气体体积不全是氧气的体积。
(3)可燃物燃烧时只能生成固体，不能生成气体。如不能用木炭、硫代替红磷，因为木炭、硫在空气中燃烧会生成气体。
7.实验装置改进方案
(1)点火方式的改进：如将红磷换成白磷，通过光、热、电能使其在密闭的环境中燃烧，既减少对空气的污染又保证实验的成功，如上图A、B。
(2)反应物的改进：如反应物可以用铜代替，因为铜在密闭装置中，加热的条件下与氧气发生反应生成氧化物，气体体积的减少量即为空气中氧气的含量，如上图C。
【对点训练】
（模型构建）小强建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型。
［分离转移］
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其他物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
［探究一 ］根据沸点低的组分先汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的 分离转移 （填“分离转移”或“反应转化”）。
［探究二］根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。
甲
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时，弹簧夹最合理的打开时间是 装置温度冷却至室温 ，该实验中，集气瓶中少量水的目的是 吸收红磷燃烧产生的大量白烟， 防止污染空气 。
［交流评价］
(3)已知：在空气中点燃石蜡，会生成水和二氧化碳等物质。小强用足量石蜡替换红磷规范操作后，测得的氧气含量将 偏小 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
［继续探究］
(4)图乙装置的玻璃管中空气体积为25 mL，反应前注射器活塞位于11 mL刻度处，反应完毕后，注射器活塞位于4 mL刻度处，则该实验测得空气中氧气的体积分数为 19.4% （结果保留一位小数）。
(1)将空气转变为液态再升温使液氮先气化的过程是物理变化，属于上述思维模型中的分离转移。(2)红磷燃烧测氧气含量，为了实验结果更加准确，需等红磷燃烧后，装置温度冷却至室温再打开弹簧夹；五氧化二磷有毒，故集气瓶中少量水的目的是吸收红磷燃烧产生的大量白烟，防止污染空气。(3)石蜡燃烧消耗氧气的同时会生成二氧化碳，导致集气瓶内的气压偏大，测得的氧气含量将偏小。(4)铜粉和装置内的氧气反应前，装置内空气的体积为25 mL＋11 mL＝36 mL，反应消耗的氧气的体积为11 mL－4 mL＝7 mL，则空气中氧气的体积分数为×100%≈19.4%。
知识点1 空气的组成
1.空气的成分中，体积分数最大的是( A )
A.氮气 B．氧气
C．二氧化碳 D．稀有气体
2.下列有关空气成分的说法错误的是( C )
A．氮气常用作保护气
B．氧气约占空气体积的21%
C．洁净的空气是纯净物
D．空气的主要成分是氮气和氧气
知识点2 空气中氧气含量的测定
3.如图所示装置可用于测定空气中氧气的含量。下列说法错误的是( C )
A．足量的白磷和装置气密性良好是实验成功的保证
B．实验成功的标志是集气瓶中水面最终停在接近1处
C．实验过程中集气瓶的液面先上升后下降
D．激光笔的作用是引燃白磷
4.某同学利用燃烧法测定空气中氧气含量，查阅资料得知五氧化二磷会污染空气，于是把实验装置甲改进为实验装置乙。
(1)你认为装置乙较装置甲的优点是 实验结果更准确（或环保等） 。
(2)该实验得出的正确结论是 氧气约占空气总体积的五分之一 。
(3)不能用木炭代替红磷，因为 木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，没有形成压强差 。
(4)如果测量值比实际值偏小，请分析可能原因： 红磷的量不足（或装置漏气等） 。
知识点3 纯净物与混合物
5.下列物质属于纯净物的是( C )
A．洁净的空气 B．干净的果汁
C．冰水共存物 D．矿泉水
6.关于纯净物和混合物的叙述正确的是( D )
A．纯净物由一种物质组成，混合物由两种物质组成
B．混合物中的各成分有的相互之间已发生了化学反应
C．纯净物有固定的组成和性质，混合物也有固定的组成和性质
D．氧气和臭氧混在一起形成的是混合物
7.下列物质：①氮气、②液态空气、③氧化镁、④矿泉水、⑤氧气、⑥二氧化碳、⑦铁、⑧冰水混合物。
(1)属于纯净物的有 ①③⑤⑥⑦⑧ （填序号），仿写一例： 氢气（合理即可） （填名称）。
(2)属于混合物的有 ②④ （填序号），仿写一例： 自来水（合理即可） （填名称）。
8.小雨利用如图甲所示装置（气密性良好）和试剂测定空气中氧气含量，氧气传感器测得集气瓶内氧气的体积分数变化曲线如图乙所示。下列说法不正确的是( D )
A．实验时，加热铜丝约20 s白磷开始燃烧
B．反应时，集气瓶内可观察到产生大量白烟
C．该实验中白磷未将瓶内的氧气完全耗尽
D．倒吸入集气瓶中水的体积等于空气中氧气的体积
9.某同学利用燃磷法测定空气中氧气含量，实验过程如图所示。
(1)用图1实验测得氧气的体积分数，若该实验没有达到实验目的，可能的原因之一是 红磷的量不足（或装置漏气、反应后未冷却至室温等） 。
(2)写出红磷燃烧的文字表达式： 红磷＋氧气五氧化二磷 。
图2
(3)图1实验代替课本实验图2的优点是 不污染空气 （答一点即可）。
(4)已知金属镁在空气中燃烧，可分别与氧气与氮气反应，都生成固体物质，该实验中的红磷 不能 （填“能”或“不能”）用镁来代替。
10.（科学态度与社会责任）空气可谓无所不在，但人类对其组成的认识经历了漫长的过程。
(1)二百多年前，化学家 A （填字母序号）利用汞能和氧气发生反应的原理，采用图1装置得出空气由氧气和氮气组成的结论。
A．拉瓦锡 B．道尔顿
C．阿伏加德罗 D．门捷列夫
(2)同学们设计并利用图2装置测空气里氧气含量。
①图2发生化学反应的文字表达式为 红磷＋氧气五氧化二磷 。
②实验过程中集气瓶内观察到的燃烧现象为 产生白烟，放出热量 。
③同学们利用图2装置实验，水面未上升到刻度“1”，请你分析可能的原因 红磷不足（或没有冷却到室温读数或装置漏气等） （答一点）。
(3)老师分别取足量红磷采用图3装置进行实验，记录并处理数据分别如图4、图5。
①从图4可知，红磷燃烧熄灭后，集气瓶内 存在 （填“存在”或“不存在”）氧气。
②图5中BC段压强增大，原因是 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 。
