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鲁教版化学(新教材)九年级上册
第一节 空气的组成
第1课时 定量认识空气的组成
第四单元 我们周围的空气
学习内容导览
实验探究空气的组成
2
定量认识空气的组成
1
明·学习目标
1.能准确说出空气的主要成分，并牢记各成分的体积分数，能理解拉瓦锡测定空气组成实验的原理、方法与结论。
2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理，能清晰描述红磷燃烧实验的操作步骤，并区分铜粉加热实验与红磷实验的反应过程差异。
3.对比铜粉与红磷实验的误差，推理误差对结果的影响并提改进方案，树立严谨实验态度，构建原理 - 操作 - 误差认知模型，提升化学实验问题解决力。
引·新课导入
空气是生命赖以生存的物质基础，也是重要的自然资源。我们每时每刻都要吸入空气，空气成分的微小变化甚至会对人类的生存产生巨大的影响。
航天员在太空驻留半年，太空中没有空气要如何呼吸呢？原来呼吸的氧气并非全靠地面运送。航天器的生命保障系统会 “变废为宝”：航天员呼出的二氧化碳，通过化学反应与氢气结合，转化为氧气和水，水又继续电解为氢气和氧气，实现氧气循环再生，这背后是 “物质转化” 的化学智慧。
引·新课导入
冥古宙时期（约 45 - 40 亿年前）地球的空气中富含 N2、CO2、CH4及一定量 H2、He 等，几乎无 O2，无生命存在，极端环境，高温、频繁火山活动。
太古宙时期（约 40 - 25 亿年前）地球的空气中N2含量类似或低于现今，CO2、CH4含量相对较高，O2十分贫乏，晚期产氧光合作用生物使局部有少量 O2，出现简单生命形式，如细菌；地球总体气候较温和，平均温度约 0°C - 40°C。
元古宙时期（约 25 - 5.4 亿年前）地球的空气中CO2、CH4、H2等含量降低，O2逐步积累并实现源超越汇，命形式逐渐复杂，真核生物出现；早期和晚期全球多次广泛发育大规模冰川沉积，中期气候较温和。
显生宙时期（约 5.4 亿年前 - 现今）地球的空气中CO2、CH4等含量进一步降低，O2含量显著增加，总体接近现今大气状态，生物种类丰富多样，从海洋到陆地再到天空发展；人类活动影响气候和空气质量。
定量认识空气的组成
01
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
宇航员在密封舱内正常呼吸、操作精密仪器，面部因舱内适宜空气环境而呈现的从容状态，依赖于密封舱内的气体。
航天器里要给宇航员打造舒适环境，空气成分必须精准把控！少了哪种成分宇航员会憋闷，多了哪种又可能出危险。
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
结合生活常识和过去所学，空气的主要成分有哪些
氩气 约0.934%
二氧化碳 约0.038%
其他 约0.002%
现在，人们可以利用氧气传感器准确测量空气中的氧气含量，但在200年前这可并非易事。1775年，拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743—1794)首次测定了空气中氧气的含量。
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
空气成分的探究
拉瓦锡把少量汞（Hg）放入密闭容器后加热，使其与氧气反应。
反应结束后，停止加热恢复至室温，观察玻璃钟罩内的现象。
探·知识奥秘
空气成分的探究
观看视频并思考：
拉瓦锡的探究实验现象是什么？
利用了什么原理？
从中你能得出什么结论？
小组内交流讨论一下。
一、定量认识空气的组成
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
拉瓦锡实验的原理是什么？
可燃物消耗氧气 密闭容器压强减小 体积变化 玻璃钟罩水倒流 液面上升）
从拉瓦锡的实验的现象中能得出什么结论？
实验现象 实验结论
第一阶段： 汞与空气反应 （将汞置于密闭容器中，持续加热 12 天） 加热初期，汞表面出现红色粉末（氧化汞），且红色粉末逐渐增多 汞能与空气中的某种气体发生化学反应，生成固态的氧化汞（红色粉末）
2 天后，红色粉末不再增加，容器内气体体积明显减少，约减少原空气体积的 1/5 空气中能与汞反应的气体体积有限，且占空气总体积的1/5（后续命名为 “氧气”）
剩余气体（约占原体积 4/5）通入澄清石灰水，石灰水不变浑浊；将燃着的木条伸入，木条立即熄灭 剩余的 4/5 气体不与汞反应、不支持燃烧、不与澄清石灰水反应，化学性质稳定（后续命名为氮气）
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
从拉瓦锡的实验中能得出什么结论？
实验现象 实验结论
第二阶段： 氧化汞的分解 （将第一阶段生成的红色氧化汞单独加热） 红色氧化汞受热后逐渐分解，生成银白色液态汞和一种气体 氧化汞分解产生的气体是第一阶段中被汞消耗的气体（氧气），证明氧气是空气的组成成分之一
收集该气体，将燃着的木条伸入，木条燃烧更剧烈 氧气具有支持燃烧的化学性质
测量该气体体积，发现其体积与第一阶段反应消耗的气体体积完全相等 空气中氧气的体积分数为 1/5，空气是由氧气和氮气(及少量其他气体)组成的混合物，而非单一物质
拉瓦锡的实验为什么要在密闭的容器中进行？
防止气体逸出或外界气体进入，
保证气体体积测量准确
排除外界干扰，
确保反应只发生在汞与空气成分之间
探·知识奥秘
一、定量认识空气的组成
空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物，打破了此前人们对空气成分的误解。
1
氧气的体积分数：空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “氧气”），体积约占空气总体积的 1/5，这是人类首次精准测定氧气在空气中的占比。
2
氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体（后命名为 “氮气”），化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
3
拉瓦锡的实验结论
理·核心要点
定量认识空气的组成
空气的组成
（体积分数）
氮气 约78% 氧气 约21%
氩气 约0.934% 二氧化碳 约0.038% 其他 约0.002%
1.空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物，打破了此前人们对空气成分的误解。
汞+氧气 氧化汞
加热
2.氧气的体积分数：氧气体积约占空气总体积的 1/5，这是人类首次精准测定氧气在空气中的占比。
3.氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体为氮气，化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
拉瓦锡实验
拉瓦锡通过加热汞与空气反应、再加热反应产物的实验，首次科学揭开了空气的组成秘密，推翻了当时空气是单一物质的错误认知
实验原理
实验结论
1．关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是（ ）
A．实验中汞需要足量
B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉
C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气
D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小
析·典型范例
B
2．两百年前化学家拉瓦锡研究了空气的组成，装置如图，下列说法错误的是（ ）
A．曲颈甑和玻璃钟罩的汞都发生了化学反应
B．反应结束后玻璃钟罩内的汞液面上升
C．实验验证了空气的组成不是单一的气体
D．加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气
析·典型范例
A
实验探究
空气的组成
02
探·知识奥秘
二、实验探究空气的组成
我们能否使用其他物质来验证空气中氧气的体积分数？
汞有毒，无法在实验室使用。
选择的药品需要满足什么要求？
①硫 + 氧气 二氧化硫
②碳 + 氧气 二氧化碳
③磷 + 氧气 五氧化二磷
④石蜡 + 氧气 二氧化碳 + 水
⑤铜 + 氧气 氧化铜
⑥铁 + 氧气 四氧化三铁
点燃
点燃
点燃
点燃
加热
点燃
下列物质都可以与氧气反应
哪种物质更适合用来探究空气中氧气的体积分数？
生成物中含有气体，
无法形成压强差。
铁在纯氧中才可以点燃，不符合要求。
最终选择出铜和红磷都是适合探究空气中氧气含量的药品。
探·知识奥秘
能与氧气发生反应
1
不能与氧气之外的气体反应
2
生成物不能有气体（生成物为固体）
3
需要满足的条件
药品选择的原则
铜粉测定空气中氧气含量
红磷测定空气中氧气含量
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
铜粉测定空气中氧气含量
认真观看视频：
实验步骤及实验现象、结论。
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
1、将一只硬质玻璃管注满水，倒入量筒，记录体积。
2、在另一只硬质玻璃管中装入铜粉塞上橡胶塞。观察铜粉的颜色。点燃酒精灯，左右移动预热试管。
3、加热玻璃管中的铜，同时推拉注射器的活塞。
4、停止加热后，将气球内的气体全部挤入注射器，待注射器活塞稳定后，记录体积
5、读取剩余气体的体积，记录实验结果。
实验步骤
思考：实验过程中为什么要不断推拉注射器？气球有什么作用？实验数据如何处理？
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
铜粉测定空气中氧气含量
原理：铜+氧气 氧化铜
加热
实验前测定：
硬质玻璃管体积为50ml
注射器中空气体积为25ml
实验后：
注射器中空气体积为10ml
气体体积减少了15ml
气球的作用：平衡气压
实验过程中不断推拉注射器的作用：
推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应
铜粉过量：使氧气完全消耗
实验数据处理：
15ml
50ml+25ml
×100%=20%
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
误差分析
思考：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？
气球内气体未全部挤出。（偏大）
思考：实验过程中如果得到的结果偏小，可能是什么原因？
（1）铜粉量不足；（偏小）
（2）装置漏气；（偏小）
（3）未冷却至室温就读数；（偏小）
（4）氧气有剩余（反应时间不够）；（偏小）
（5）达不到反应温度；（偏小）
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
红磷测定空气中氧气含量
认真观看视频：
实验步骤及实验现象、结论。
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
红磷测定空气中氧气含量
【实验步骤】(1) 连接装置, 并检查装置的 。
(2) 用弹簧夹夹紧乳胶管, 点燃燃烧匙内的红磷, 立即伸入集气瓶中, 并塞紧塞子。
(3) 待红磷熄灭并 后, 打开弹簧夹。
【实验现象】(1) 红磷燃烧, 产生大量 , 反应放热。
(2) 冷却后打开弹簧夹, 水沿着导管进入集气瓶中, 进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的。
【实验结论】氧气约占空气总体积的。
气密性
冷却至室温
白烟
思考：实验过程中要注意些什么？为什么集气瓶底部要预留少量水？
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
红磷测定空气中氧气含量
红磷过量：使氧气完全消耗
实验前需检查装置气密性，
用酒精灯点燃红磷后，需快速将红磷伸入集气瓶并塞紧橡胶塞。
反应前关闭弹簧夹，红磷熄灭后，需待集气瓶完全冷却至室温，再打开弹簧夹
原理：红磷+氧气 五氧化二磷
点燃
集气瓶底部预留少量水：
①防止反应局部放热使瓶底炸裂
②吸收有毒的五氧化二磷
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
误差分析
思考：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？
（1）点燃红磷后伸入集气瓶内，可是没有及时迅速地塞紧胶塞(塞入过慢)
（2）止水夹未夹紧
思考：实验过程中如果得到的结果偏小，可能是什么原因？
（1）红磷量不足；（偏小）
（2）装置漏气；（偏小）
（3）未冷却至室温就读数；（偏小）
（4）没有冷却就打开止水夹；（偏小）
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
实验拓展
思考：烟与雾有什么区别？
烟是固体小颗粒在空气中悬浮所形成的。
雾是液体小液滴在空气中悬浮所形成的。
剩余气体主要是什么呢？
这种气体都有哪些性质？
剩余气体主要是氮气。
不能燃烧，也不支持燃烧
不溶于水，不与水反应
没有颜色
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
构建思维模型
实验设计
构建一个封闭体系（密闭容器）
利用物质发生化学反应消耗装置内的氧气
压强变化
液体流动或活塞移动
分析现象，根据数据，得出结论
科普短文 太空吸氧：空间站有妙招
航天员在空间站呼吸的空气，和地球很像：氧气约 21%，和我们日常呼吸浓度一样；氮气约 78%，能稀释氧气防火灾，还能维持正常气压；剩下 1% 是少量二氧化碳和水蒸气，且几乎没有污染物，让航天员住得舒服又安全。
空间站的氧气不靠从地球大量运输，主要靠 “电解水” 制造。水来源多样，有地球运来的，也有航天员呼出的水蒸气凝结的，还有尿液、汗液处理后的再生水。给水通电，水分子就会分成氧气和氢气，氧气直接供呼吸，氢气再和航天员呼出的二氧化碳反应生成水，实现 “水→氧气→水” 的循环。
另外，空间站还备有 “固体氧气发生器”，里面的特殊物质遇二氧化碳或水蒸气能快速产氧，作为应急备用。这些方法既省钱又环保，让航天员在太空随时有新鲜氧气可吸。
二、实验探究空气的组成
探·知识奥秘
科学史话 稀有气体的发现
很长一段时间人们普遍认为空气中除了少量水蒸气和二氧化碳之外，其余的就是氧气和氮气了。1892年，物理学家瑞利(L.J.W.Rayleigh,1842—1919)利用灵敏度达0.0001g的天平，在长达10年的气体密度测量工作中，发现了从空气中分离得到的氮气密度(1.2572g/L)与分解含氦物质得到的氨气密度(1.2508g/L)之间总是有微小的差异。瑞利没有放过这一微小的差异，他与化学家拉姆齐(W.Ramsay,1852—1916)合作，先是仔细去除空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气和氮气，然后利用分光镜观察剩余气体的光谱线，终于发现在空气中还存在着氩气。在以后的几年里，拉姆齐又通过分离液态空气和光谱法陆续发现了氪、氖、氦、氙。
稀有气体是从气体密度测量结果里的微小差异中发现的，因此被称为“第三位小数的胜利”,这是科学家们严谨求实、勇于质疑、不懈探索的结果。1904年，瑞利和拉姆齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。
思考：
(1)阅读上述材料给了你怎样的启示
(2)你能否举例说明在日常生活、工作和科学研究中关注细节和不忽视“异常”现象的重要性
二、实验探究空气的组成
理·核心要点
实验探究
空气的组成
铜粉
实验
红磷
实验
原理：铜+氧气 氧化铜
加热
1.实验过程中不断推拉注射器的作用：推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应
2.气球的作用：平衡压强
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
原理：磷+氧气 五氧化二磷
加热
1.实验前需检查装置气密性，点燃红磷后，快速将红磷伸入集气瓶塞紧橡胶塞。
2.集气瓶底部预留少量水：①防止反应局部放热使瓶底炸裂②吸收有毒生成物
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
1．如图装置常用来测定空气中氧气含量，下列对该实验的认识错误的是（ ）
A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5
B．红磷燃烧产生大量的白色烟雾，火焰熄灭后
立刻打开弹簧夹
C．实验前要检查装置的气密性
D．实验时红磷一定要足量，耗尽氧气
析·典型范例
B
2．为测定空气中氧气含量的实验装置，兴趣小组的同学设计以下实验装置完成实验（装置气密性良好，药品充足，部分装置省略）。已知：实验前注射器活塞位于40mL处，玻璃管容积为80mL，气球中没有空气。下列说法不合理的是（ ）
A．实验过程中，观察到红色铜粉变为黑色
B．加热时要多次缓慢推拉注射器，使铜粉与氧气充分反应
C．充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射
器活塞应停在约24mL刻度处
D．停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读
数，则测得氧气的含量结果偏大
析·典型范例
C
理·核心要点
实验探究
空气的组成
铜粉
实验
红磷
实验
原理：铜+氧气 氧化铜
加热
1.实验过程中不断推拉注射器的作用：推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应
2.气球的作用：平衡压强
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
原理：磷+氧气 五氧化二磷
加热
1.实验前需检查装置气密性，点燃红磷后，快速将红磷伸入集气瓶塞紧橡胶塞。
2.集气瓶底部预留少量水：①防止反应局部放热使瓶底炸裂②吸收有毒生成物
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
定量认识
空气的组成
体积
分数
拉瓦锡
实验
氮气 约78% 氧气 约21%
氩气 约0.934% 二氧化碳 约0.038% 其他 约0.002%
1.空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物
原理：汞+氧气 氧化汞
加热
2.氧气的体积分数：氧气体积约占空气总体积的 1/5
3.氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体为氮气，化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
空气的组成
1.某项目式学习小组按下图完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气瓶的水量低于“1”刻度线，几位同学对测量值偏小的原因分析如下，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点（ ）
A．甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽
B．乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出
C．丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应
进入容器的水滞留在导管中
D．丁：由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，影响测量结果
练·技能实战
B
2.用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。加热试管，红磷（足量）开始燃烧，待红磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是（ ）
A．要达到实验目的，试管中的红磷可以更换为木炭
B．红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到
注射器活塞不再移动才能读数
C．若注射器中的水最终减少了10ml，说明空气
中氧气的体积分数约为20%
D．该实验可说明氮气不支持燃烧
练·技能实战
A
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九年级化学 上册·鲁教版2024第一节 空气的组成
第1课时 定量认识空气的组成
一、知识目标
1.准确说出空气的主要成分，牢记各成分的体积分数，理解拉瓦锡测定空气组成实验的原理、方法与结论。
2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理，清晰描述红磷燃烧实验的操作步骤，区分铜粉加热实验与红磷实验的反应过程差异。
3.对比铜粉与红磷实验的误差，推理误差对结果的影响并提出改进方案。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识空气的组成成分及各成分的含量，从微观角度理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，构建原理 - 操作 - 误差认知模型，提升化学实验问题解决力。
3.科学探究与创新意识：通过实验探究空气的组成，培养严谨的实验态度和科学探究精神，体会科学研究中关注细节和不忽视异常现象的重要性。
一、教学重点
1.空气的组成成分及各成分的体积分数。
2.拉瓦锡实验的原理和结论。
3.测定空气中氧气含量的实验原理和操作。
二、教学难点
1.理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.分析实验误差产生的原因并提出改进方案。
本节教学内容源于鲁教版2024年版九年级化学上册第四单元《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》。空气是学生在化学课上系统学习的第一种物质，本课时内容是初中化学的重要基础知识，对于学生认识化学物质、理解化学变化、培养科学思维具有重要意义。它为后续学习氧气、二氧化碳等物质的性质和用途奠定了基础，在教材体系中起到承上启下的作用。
教材首先通过航天器中空气成分精准把控以及地球不同时期空气成分变化的实例引入，激发学生对空气组成的探究兴趣。接着详细介绍了拉瓦锡测定空气组成的实验，引导学生理解实验原理、现象和结论，使学生初步认识空气是混合物，并明确氧气的体积分数。
然后进一步探究用铜粉和红磷测定空气中氧气含量的实验，对比不同实验的原理、操作和误差分析，培养学生的实验设计和分析能力。最后通过科普短文和科学史话拓展学生的知识面，让学生了解空气组成的发现历程和科学研究方法。
教学对象是九年级的学生，他们正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，好奇心强，对化学实验充满兴趣，但逻辑思维和实验操作能力还有待提高。在知识储备方面，学生在生活中对空气有一定的感性认识，但对于空气的具体组成和定量测定方法并不了解。在之前的化学学习中，学生已经掌握了一些基本的化学概念和实验操作技能，如化学反应、仪器的使用等，这为本课时的学习提供了一定的基础。 然而，学生在学习过程中可能会遇到一些困难。
例如，理解拉瓦锡实验原理和复杂的实验现象可能存在一定难度，需要教师进行详细的讲解和引导。在实验探究环节，学生可能在实验设计、操作规范和误差分析等方面存在不足，需要教师给予及时的指导和纠正。此外，学生在将化学知识与生活实际联系起来时可能存在一定的障碍，教师应引导学生关注生活中的化学现象，提高学生运用化学知识解决实际问题的能力。
因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的特点和需求，采用多样化的教学方法，如实验演示、小组讨论、多媒体展示等，激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地掌握本课时的内容。
教学环节一 新课导入
【创设情境】空气对于我们的生命和生活至关重要。不知道大家有没有关注过航天方面的新闻，航天员要在太空中驻留半年甚至更久的时间，太空中可没有像地球这样现成的空气，那他们要如何呼吸呢？原来，航天器的生命保障系统会 “变废为宝”。航天员呼出的二氧化碳，通过化学反应与氢气结合，转化为氧气和水，水又继续电解为氢气和氧气，实现氧气的循环再生。这背后可是蕴含着 “物质转化” 的神奇化学智慧呢！
【问题】大家再想象一下，在遥远的过去，地球的空气和现在一样吗？
【讲解】其实，在冥古宙时期（约 45 - 40 亿年前），地球的空气中富含 N 、CO 、CH 及一定量 H 、He 等，几乎没有 O ，那时候地球上没有生命存在，环境极端恶劣，高温、频繁火山活动。随着时间的推移，到了太古宙时期（约 40 - 25 亿年前），地球上才开始出现简单的生命形式，空气成分也慢慢发生了变化。那现在我们身边的空气到底是由哪些成分组成的呢？各成分的含量又是多少呢？这就是我们今天要探究的内容——定量认识空气的组成。
设计意图
1.从日常体验切入，激发探究兴趣：课堂导入以“深呼吸感受空气”和“思考无空气的生活”为起点，从学生最熟悉的日常体验切入，唤起其对空气重要性的感性认知。学生在自由发言中提及“无法呼吸”“植物枯萎”等，将抽象的空气与具体的生命活动关联，打破化学知识的陌生感。这种生活化的开场，让学生在轻松的氛围中进入学习状态，自然产生“空气究竟由什么组成”的疑问，为后续探究埋下兴趣伏笔，符合九年级学生从形象思维过渡的认知特点。
2.结合科技与历史，拓宽学科视野：导入环节融入航天实例与地球空气演变史，将化学知识与前沿科技、地球历史深度结合。航天器生命保障系统的 “氧气循环”，展现了化学知识在科技应用中的实际价值；冥古宙到太古宙的空气成分变化，则从时间维度拓展了学生对空气的认知边界。这不仅拓宽了学生的视野，更让其意识到化学并非孤立的学科，而是与科技发展、地球演化紧密相连，进而提升对化学学科的重视程度，激发主动探索的内在动力。
3.层层递进引课题，明确学习方向：导入环节通过 “生活感受 — 科技实例 — 历史演变” 的层层递进，自然引出 “定量认识空气组成” 的课题。从学生的感性疑问逐步过渡到理性探究目标，避免了新课导入的突兀感。学生在跟随教师思路梳理的过程中，清晰明确本节课的学习方向，从 “被动听讲” 转变为 “主动探究” 的准备状态，为后续实验探究、原理分析等教学环节奠定良好的心理基础和认知起点。
教学环节二 定量认识空气的组成
活动一：拉瓦锡测定空气组成实验
【情境引入】同学们，空气是我们生命赖以生存的物质基础，也是重要的自然资源。我们每时每刻都要吸入空气，空气成分的微小变化甚至会对人类的生存产生巨大的影响。比如航天员在太空驻留，太空中没有空气，他们呼吸的氧气并非全靠地面运送，航天器的生命保障系统会“变废为宝”，实现氧气循环再生。那在200年前，人们是如何测定空气中氧气含量的呢？这就要提到拉瓦锡的实验了。
【问题】结合生活常识和过去所学，空气的主要成分有哪些
【学生思考】学生结合生活常识和已学知识，尝试回答空气的主要成分，如氧气、氮气等。
【讲解】教师总结学生的回答，展示现在已知的空气成分比例：氩气约 0.934%，二氧化碳约 0.038%，其他约 0.002%，并指出现在人们可以利用氧气传感器准确测量空气中的氧气含量，但在 200 年前这并非易事，从而引出拉瓦锡的实验。
【问题】现在我们知道了空气的大致成分，但在 200 年前，人们要测定空气中氧气的含量是很困难的。1775 年，拉瓦锡首次测定了空气中氧气的含量。他把少量汞（）放入密闭容器后加热，使其与氧气反应。接下来我们观看视频，思考拉瓦锡的探究实验现象是什么，利用了什么原理，从中能得出什么结论，然后小组，内交流讨论一下。
【学生思考】学生观看视频，小组内交流讨论实验现象、原理和结论。
【问题】拉瓦锡的探究实验现象是什么？利用了什么原理？从中你能得出什么结论？
【学生思考】小组代表发言，分享讨论结果。
【讲解】讲解拉瓦锡实验的原理：可燃物消耗氧气→密闭容器压强减小→体积变化→玻璃钟罩水倒流→液面上升。并详细分析实验现象和结论：
第一阶段：汞与空气反应（将汞置于密闭容器中，持续加热 12 天），加热初期，汞表面出现红色粉末（氧化汞），且红色粉末逐渐增多，说明汞能与空气中的某种气体发生化学反应，生成固态的氧化汞（红色粉末）；12 天后，红色粉末不再增加，容器内气体体积明显减少，约减少原空气体积的 1/5，说明空气中能与汞反应的气体体积有限，且占空气总体积的 1/5（后续命名为 “氧气”）；剩余气体（约占原体积 4/5）通入澄清石灰水，石灰水不变浑浊；将燃着的木条伸入，木条立即熄灭，说明剩余的 4/5 气体不与汞反应、不支持燃烧、不与澄清石灰水反应，化学性质稳定（后续命名为氮气）。
【问题】拉瓦锡的实验为什么要在密闭的容器中进行？引导学生思考并回答。
【学生思考】防止气体逸出或外界气体进入，保证气体体积测量准确，排除外界干扰，确保反应只发生在汞与空气成分之间。
【归纳总结】拉瓦锡探究空气成分实验得到的结论：
1.空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物，打破了此前人们对空气成分的误解。
2.氧气的体积分数：空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “氧气”），体积约占空气总体积的 1/5，这是人类首次精准测定氧气在空气中的占比。
3.氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体（后命名为 “氮气”），化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
设计意图
1.视频直观呈现，突破认知难点：该活动以播放实验视频为核心，将 200 年前的经典实验直观呈现给学生。九年级学生对抽象实验原理的理解存在难度，视频中的 “汞表面生成红色粉末”“气体体积减少 1/5” 等现象，让学生通过视觉感知突破时空限制，清晰观察实验过程与关键现象。教师同步提出 “实验现象、原理、结论” 的问题，引导学生带着目标观察，避免观看的盲目性，有效培养其观察能力和有针对性的分析习惯。
2.互动讨论深化，传递科学严谨性：小组讨论与师生互动环节，充分发挥学生的主体作用。学生在交流中整合观察到的现象，尝试推导实验结论，教师则通过 “为什么在密闭容器中进行” 等追问，深化学生对 “密闭环境对实验准确性的影响” 的理解。这一过程不仅让学生掌握 “空气是混合物”“氧气体积分数 1/5” 等结论，更让其体会拉瓦锡实验的严谨性 —— 从实验设计到现象分析，每一步都需排除干扰、精准把控，潜移默化地传递科学探究的严谨态度。
3.对应训练巩固，规避知识误区：对应训练题的设置，是对实验知识的即时巩固与深化。题目针对实验中的关键要点（如汞能否换硫粉、汞的作用）设计，学生在辨析选项时，需回顾实验原理（生成气体无法形成压强差）和操作要求，将理论知识转化为实际判断能力。例如对 “硫粉替换汞” 的错误分析，强化了 “生成物状态对实验结果的影响” 这一核心认知，帮助学生规避常见误区，进一步夯实对拉瓦锡实验原理与操作细节的掌握。
【对应训练1】关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是
A．实验中汞需要足量 B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉
C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气 D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小
【答案】B
【详解】A、实验中汞需要足量，这样才能将曲颈甑和钟罩内空气中的氧气完全消耗掉，从而准确测定空气成分，该表述正确；
B、曲颈甑中的汞不能换成硫粉，硫粉在空气中燃烧生成二氧化硫气体，装置内气体压强变化不明显，无法准确测定空气中氧气的含量，该表述错误；
C、曲颈甑中汞在加热条件下与氧气反应生成氧化汞，其作用是消耗氧气，该表述正确；
D、钟罩内液面上升，是因为氧气被消耗，钟罩内气体减少，压强减小，在外界大气压作用下，液面上升，该表述正确。
故选B。
【对应训练2】两百年前化学家拉瓦锡研究了空气的组成，装置如图，下列说法错误的是
A．曲颈甑和玻璃钟罩的汞都发生了化学反应 B．反应结束后玻璃钟罩内的汞液面上升
C．实验验证了空气的组成不是单一的气体 D．加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气
【答案】A
【详解】A、在该实验中，曲颈甑中的汞与空气中的氧气反应生成氧化汞，玻璃钟罩的汞未发生化学反应，故选项说法不正确；
B、实验结束后能观察到玻璃钟罩内的汞液面上升，是因为氧气消耗导致密封装置中的气压减小，故选项说法正确；
C、在该实验中，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大约减少了，说明空气中除了氧气外，还有的其它气体，故选项说法正确；
D、曲颈甑、玻璃钟罩、汞槽共同组成了密闭的环境，在实验中，加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气，故选项说法正确。
故选A。
教学环节三 实验探究空气的组成
活动二：药品选择原则的探究
【问题】拉瓦锡的实验虽然成功测定了空气中氧气的含量，但汞有毒，无法在实验室使用。那么我们能否使用其他物质来验证空气中氧气的体积分数呢？现在我们来看一些可以与氧气反应的物质：展示硫、碳、磷、石蜡 、铜、铁与氧气反应的文字表达式。思考一下，选择的药品需要满足什么要求呢？哪种物质更适合用来探究空气中氧气的体积分数呢？
【学生思考】学生分组讨论，分析每种物质的反应特点，尝试总结药品选择的原则。
【教师活动】教师总结学生的发言，得出药品选择的原则：能与氧气发生反应；不能与氧气之外的气体反应；生成物不能有气体（生成物为固体）。并分析每种物质是否符合要求：硫、碳、石蜡反应生成气体，无法形成压强差；铁在纯氧中才可以点燃，不符合要求；最终选择出铜和红磷都是适合探究空气中氧气含量的药品。
设计意图
1.问题引导探究，提供分析物质基础：活动以 “汞有毒不适合实验室” 为问题起点，引发学生 “寻找替代药品” 的探究需求，贴合九年级学生 “解决实际问题” 的认知兴趣。教师展示硫、碳、磷等六种物质的反应方程式，将抽象的化学反应具象化，让学生直观看到不同物质与氧气反应的生成物状态（气体、固体），为后续分析提供清晰的物质基础，避免因化学反应记忆模糊导致的分析障碍。
2.推导选材原则，培养逻辑思维：在教师引导下，学生围绕 “适合测定氧气含量的药品需满足什么条件” 展开思考，通过对比分析逐步提炼出 “能与氧气反应、不与其他气体反应、生成物为固体” 三大原则。这一过程中，学生需逐一排除 “硫生成二氧化硫（气体）”“铁仅在纯氧中燃烧” 等不合适物质，在 “筛选 — 排除 — 确定” 的推理中，培养逻辑思维和科学筛选能力，理解实验选材的核心逻辑 —— 实验目的决定选材标准。
3.训练检验掌握，提升知识迁移力：对应训练以 “判断不能测定氧气含量的物质” 为目标，直接检验学生对选材原则的掌握程度。学生在解答 “木炭能否使用” 时，需快速关联 “木炭燃烧生成二氧化碳气体” 这一关键信息，进而判断其无法形成压强差，不符合选材要求。这种 “原理 — 应用” 的即时转化，不仅巩固了选材原则，更让学生学会将理论逻辑应用于实际问题判断，提升知识的迁移能力和实验认知的实用性。
活动三：铜粉测定空气中氧气含量的实验
【问题】接下来我们学习用铜粉测定空气中氧气含量的实验。大家认真观看视频，记录实验步骤、实验现象和结论，并思考实验过程中为什么要不断推拉注射器，气球有什么作用，实验数据如何处理。
【教师活动】教师播放铜粉测定空气中氧气含量的实验视频，提出问题引导学生观察和思考。
【学生思考】学生观看视频，记录实验步骤、现象和结论，并思考教师提出的问题。
【演示实验】1.将一只具支试管注满水，倒入量筒，记录体积。
2.在另一只具支试管中装入铜粉塞上橡胶塞。观察铜粉的颜色。点燃酒精灯，左右移动预热试管。
3.加热玻璃管中的铜，同时推拉注射器的活塞。
4.停止加热后，将气球内的气体全部挤入注射器，待注射器活塞稳定后，记录体积。
5.读取剩余气体的体积，记录实验结果。
【问题】实验过程中为什么要不断推拉注射器？气球有什么作用？实验数据如何处理？
【学生思考】学生小组讨论后回答，不断推拉注射器是为了推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应；气球的作用是平衡气压；实验数据处理是用减少的气体体积除以反应前空气的总体积。
【问题】我们测量了哪些实验数据？如何处理数据得到空气中氧气的体积分数？
【学生思考】实验前测定硬质玻璃管体积为 50ml，注射器中空气体积为 25ml，实验后注射器中空气体积为 10ml，气体体积减少了 15ml，通过计算 %=20%，得出结论氧气体积约占空气体积的五分之一。
【问题】实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
【学生思考】结果偏大可能是气球内气体未全部挤出；结果偏小可能是铜粉量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、氧气有剩余（反应时间不够）、达不到反应温度。
【教师总结】可能导致结果偏大的原因是气球内气体未全部挤出；可能导致结果偏小的原因有铜粉量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、氧气有剩余（反应时间不够）、达不到反应温度等。
设计意图
1.视频演示步骤，奠定操作规范基础：活动通过播放实验视频，详细展示 “测量具支试管体积 — 装入铜粉加热 — 推拉注射器 — 冷却后读数” 的完整步骤。视频中 “左右移动预热试管”“推拉注射器活塞” 等操作细节，让学生清晰感知实验的规范性要求 —— 九年级学生实验操作能力有待提升，直观的视频演示比单纯文字描述更易理解，帮助其建立 “操作步骤与实验准确性关联” 的认知，为后续可能的动手实验奠定规范基础。
2.问题引导思考，培养设计与定量思维：教师围绕 “推拉注射器的目的”“气球的作用”“数据处理方法” 提出问题，引导学生深入思考实验设计的背后逻辑。学生在回答 “推拉注射器是为了让氧气与铜粉充分反应” 时，理解了 “实验操作需服务于‘完全消耗氧气’的实验目的”；在计算 “氧气体积分数 = 减少气体体积 / 反应前空气总体积” 时，将实验数据与定量计算结合，体会 “定量认识空气组成” 的核心 —— 通过数据量化氧气含量，培养实验设计思维和定量分析能力。
3.误差分析与训练，强化严谨实验态度：误差分析环节与对应训练相结合，聚焦 “结果偏大或偏小的原因”。学生在讨论中梳理出 “气球内气体未挤出导致结果偏大”“铜粉不足导致结果偏小” 等原因，学会从 “操作失误”“药品用量”“装置状态” 等角度归因实验误差。对应训练题（如 “哪种操作导致结果偏大”）则通过具体情境，让学生将误差原因与实际操作关联，纠正 “忽视细节影响实验结果” 的认知偏差，培养严谨的实验态度和问题解决能力。
活动四：红磷测定空气中氧气含量的实验
【情景引入】除了铜粉，红磷也可以用来测定空气中氧气的含量，下面我们来看看红磷测定空气中氧气含量的实验。
【演示实验】教师播放红磷测定空气中氧气含量的实验视频，让学生认真观看实验步骤及实验现象、结论。
【讲解】教师讲解实验步骤：
1.连接装置，并检查装置的气密性。
2.用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子。
3.待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。
【问题】实验现象是什么？能得出什么结论？
【学生思考】实验现象是红磷燃烧，产生大量白烟，反应放热；冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的；结论是氧气约占空气总体积的。
【问题】实验过程中要注意些什么？为什么集气瓶底部要预留少量水？
【学生思考】实验前需检查装置气密性，用酒精灯点燃红磷后，需快速将红磷伸入集气瓶并塞紧橡胶塞；反应前关闭弹簧夹，红磷熄灭后，需待集气瓶完全冷却至室温，再打开弹簧夹；集气瓶底部预留少量水是为了防止反应局部放热使瓶底炸裂，吸收有毒的五氧化二磷。
【问题】实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
【学生思考】结果偏大可能是点燃红磷后伸入集气瓶内，没有及时迅速地塞紧胶塞（塞入过慢）、止水夹未夹紧；结果偏小可能是红磷量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、没有冷却就打开止水夹。
【归纳总结】总结可能导致结果偏大的原因是点燃红磷后伸入集气瓶内，没有及时迅速地塞紧胶塞（塞入过慢）、止水夹未夹紧；可能导致结果偏小的原因有红磷量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、没有冷却就打开止水夹等。
设计意图
1.对比实验步骤，构建操作差异认知：活动通过视频展示红磷实验的 “检查气密性 — 点燃红磷伸入集气瓶 — 冷却后开弹簧夹” 步骤，与此前铜粉实验形成鲜明对比。红磷实验中 “快速伸入红磷并塞紧塞子”“集气瓶底部预留少量水” 等操作，凸显了不同药品实验的操作差异 —— 铜粉实验需 “推拉注射器”，红磷实验需 “关注气密性和冷却时间”。这种对比让学生意识到，实验操作需根据药品性质（红磷燃烧放热、生成有毒五氧化二磷）调整，构建 “药品特性 — 实验操作 — 实验目的” 的关联认知，丰富实验认知体系。
2.分析现象与注意事项，培养全面实验思维：教师引导学生分析实验现象（红磷燃烧产生白烟、水进入集气瓶约 1/5）和注意事项，深化对实验细节的理解。学生在讨论 “集气瓶底留水的原因” 时，不仅知晓 “防止瓶底炸裂”，还理解 “吸收有毒五氧化二磷” 的环保与安全考量；在思考 “为何冷却后开弹簧夹” 时，结合气体热胀冷缩原理，明白温度对气体体积的影响。这一过程让学生兼顾实验结果准确性与实验安全环保，培养全面的实验思维和严谨态度。
3.误差对比与训练，构建系统误差框架：误差分析与对应训练聚焦红磷实验的特有误差（如 “伸入红磷过慢导致结果偏大”），并与铜粉实验误差对比。学生通过辨析 “红磷量不足” 与 “铜粉量不足” 的共性误差、“止水夹未夹紧” 与 “气球未挤尽气体” 的个性误差，构建系统的误差分析框架。对应训练题（如 “注射器活塞停留刻度计算”）则将实验数据与误差影响结合，让学生在计算与判断中，进一步巩固 “氧气占空气 1/5” 的核心结论，同时提升实验数据处理和误差归因的综合能力。。
【对应训练1】如图装置常用来测定空气中氧气含量，下列对该实验的认识错误的是
A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5
B．红磷燃烧产生大量的白色烟雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
C．实验前要检查装置的气密性
D．实验时红磷一定要足量，耗尽氧气
【答案】B
【详解】A、实验结束，装置冷却至室温后，打开弹簧夹能够观察到进入集气瓶中的水约占集气瓶容积的五分之一，说明氧气约占空气总体积的五分之一，故选项说法正确；
B、红磷燃烧产生大量的白烟（不是烟雾），火焰熄灭后，待装置冷却到室温时再打开弹簧夹。如果火焰熄灭后立刻打开弹簧夹，由于集气瓶内的温度较高，水不能进入集气瓶或进入集气瓶中的水不到集气瓶容积的五分之一，得不出正确的结论，故选项说法错误；
C、为防止装置漏气，影响实验结果，实验前一定要检查装置的气密性，这是实验取得成功的保证，故选项说法正确；
D、实验时红磷一定要过量，否则就不能完全消耗掉集气瓶中的氧气，也就得不出正确的结论，故选项说法正确。
故选B。
【对应训练2】为测定空气中氧气含量的实验装置，兴趣小组的同学设计以下实验装置完成实验（装置气密性良好，药品充足，部分装置省略）。已知：实验前注射器活塞位于40mL处，玻璃管容积为80mL，气球中没有空气。下列说法不合理的是
A．实验过程中，观察到红色铜粉变为黑色
B．加热时要多次缓慢推拉注射器，使铜粉与氧气充分反应
C．充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射器活塞应停在约24mL刻度处
D．停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读数，则测得氧气的含量结果偏大
【答案】C
【详解】A、实验过程中，铜和氧气加热生成氧化铜，可观察到红色铜粉变为黑色，故选项说法合理；
B、加热时要多次缓慢推拉注射器，可使铜粉与氧气充分接触，从而完全反应，故选项说法合理；
C、铜和氧气加热生成氧化铜，消耗氧气的质量约占空气体积的五分之一，消耗氧气的体积为，充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射器活塞应停在约40mL-24mL=16mL刻度处，故选项说法不合理；
D、实验前气球中没有空气，停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读数，气球内的气体占据一定体积，则会导致测得氧气的含量结果偏大，故选项说法合理；
故选C。
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
/ 让教学更有效 高效备课 | 化学学科
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定量认识空气的组成
1.空气的组成（体积分数）
o氮气约78%
o氧气约21%
o氩气约0.934%
o二氧化碳约0.038%
o其他约0.002%
2.拉瓦锡实验
o原理：可燃物消耗氧气→密闭容器压强减小→体积变化→玻璃钟罩水倒流→液面上升
o结论
空气是混合物
氧气占空气总体积的1/5
氮气化学性质稳定，占空气总体积的4/5
实验探究空气的组成
药品选择原则
o能与氧气发生反应
o不能与氧气之外的气体反应
o生成物不能有气体
铜粉测定空气中氧气含量
o原理：铜 + 氧气-----→氧化铜
o实验步骤
o操作要点
推拉注射器：推动空气流动使氧气与铜粉充分反应
气球：平衡气压
o误差分析
红磷测定空气中氧气含量
o原理：磷 + 氧气-----→五氧化二磷
o实验步骤
o操作要点
检查装置气密性
集气瓶底部预留少量水：防止炸裂、吸收五氧化二磷
o误差分析21世纪教育网(www.21cnjy.com)
1.某项目式学习小组按下图完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气瓶的水量低于“1”刻度线，几位同学对测量值偏小的原因分析如下，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点
A．甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽
B．乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出
C．丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入容器的水滞留在导管中
D．丁：由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，影响测量结果
【答案】B
【详解】A、红磷的量不足时，无法将集气瓶内的氧气完全消耗掉，这样会导致进入集气瓶的水的体积偏小，从而使测量结果偏小，该观点合理。
B、如果将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出，那么集气瓶内的空气总量就会减少，消耗的氧气量不变的情况下，进入集气瓶的水的体积应该偏大，而不是偏小，该观点不合理。
C、 实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入容器的水滞留在导管中，这会使得进入集气瓶的水的体积减少，从而导致测量结果偏小，该观点合理。
D、 由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，可能会在读取刻度时产生误差，进而影响测量结果，使测量值偏小，该观点合理。
故选B。
2．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。加热试管，红磷（足量）开始燃烧，待红磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是
A．要达到实验目的，试管中的红磷可以更换为木炭
B．红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到注射器活塞不再移动才能读数
C．若注射器中的水最终减少了，说明空气中氧气的体积分数约为
D．该实验可说明不支持燃烧
【答案】A
【详解】A、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，装置内压强变化不大，测得结果偏小，因此不能将试管中的红磷更换为木炭，故选项说法不正确；
B、红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到注射器活塞不再移动才能读数，否则测定结果偏小，故选项说法正确；
C、若注射器中的水最终减少了，说明试管中氧气的体积为10mL，则空气中氧气的体积分数约为，故选项说法正确；
D、红磷燃烧把氧气耗尽，剩余气体的成分主要是氮气，足量的红磷燃烧一段时间后熄灭，说明氮气不能燃烧，不能支持燃烧，故选项说法正确。
故选A。
从教学目标达成度来看，本节课基本实现了预设的知识与能力目标。多数学生能准确说出空气主要成分及体积分数，清晰描述拉瓦锡实验、红磷燃烧实验和铜粉加热实验的原理与步骤，且能通过对比分析两类实验的误差原因，初步构建 “原理 - 操作 - 误差” 的认知模型。但在难点突破上存在不足，部分学生对铜粉实验中 “推拉注射器的目的” 和 “气球平衡气压的原理” 理解仍不透彻，在分析 “未冷却就读数导致结果偏小” 时，难以将温度变化与压强变化、体积变化建立逻辑关联，说明在抽象概念具象化的教学环节中，还需加强实验现象与微观原理的衔接引导。
从教学方法与课堂互动效果分析，本节课采用 “情境导入 - 实验探究 - 小组讨论 - 拓展延伸” 的教学模式，通过空间站氧气循环、地球大气演化史等情境，有效激发了学生的学习兴趣；借助拉瓦锡实验视频、红磷与铜粉实验演示，让学生直观感受实验过程。但小组讨论环节存在 “两极分化” 现象，部分积极学生主导讨论，基础薄弱学生参与度低，且讨论时间把控不够精准，导致后续 “误差改进方案” 的分享环节略显仓促，未能充分展示学生的创新思路。此外，对学生实验操作细节的指导不足，如红磷点燃后伸入集气瓶的速度、铜粉实验中注射器推拉的频率等，缺乏个性化纠错，影响了学生实验操作的规范性。
从教学内容拓展与学生核心素养培养角度反思，本节课通过 “稀有气体的发现” 科学史话，渗透了严谨求实的科学态度，通过 “空间站制氧” 科普短文，体现了化学与航天科技的联系，有助于培养学生的跨学科思维。但在知识拓展的深度与广度上仍有提升空间，例如在分析实验误差时，可引导学生设计 “改进型实验装置”，如用白磷代替红磷（利用白磷自燃减少空气逸出）、用传感器实时监测氧气浓度等，进一步培养学生的实验创新能力；同时，对 “空气组成的现代测定方法” 介绍较少，未能让学生充分了解科技发展对化学实验的推动作用，后续教学可补充相关内容，帮助学生建立 “科学认知不断发展” 的观念。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)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
九年级化学 上册·鲁教版2024
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学 习 内 容 导 览
1 定量认识空气的组成
2 实验探究空气的组成
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明·学习目标
1.能准确说出空气的主要成分，并牢记各成分的体积分数，能
理解拉瓦锡测定空气组成实验的原理、方法与结论。
2.掌握测定空气中氧气含量的 实 验 原 理 ， 能清晰描述红磷燃烧
实验的操作步骤，并区分铜粉加热实验与红磷实验的反应过程差异。
3.对比铜粉与红磷实验的误差，推理误差对结果的影响并提改
进方案，树立严谨实验态度，构建原理 - 操作 - 误差认知模型，
提升化学实验问题解决力。
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引·新课导入
空气是生命赖以生存的物质基础，也是重要的自然资源。我们每时每刻都要吸入空气，空气成分的微小
变化甚至会对人类的生存产生巨大的影响。
航天员在太空驻留半年，太空中没有空气要如何呼吸呢？原来呼吸的氧气并非全靠地面运送。航天器的
生命保障系统会 “变废为宝”：航天员呼出的二氧化碳，通过化学反应与氢气结合，转化为氧气和水，水又
继续电解为氢气和氧气，实现氧气循环再生，这背后是 “物质转化” 的化学智慧。
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引·新课导入
冥古宙时期（约 45 - 40 亿年前）地球的空气中 太古宙时期（约 40 - 25 亿年前）地球的空气中N2含量
富含 N2、CO2、CH4及一定量 H 、He 等，几乎无
类似或低于现今，CO2、CH4含量相对较高，O2十分贫乏，晚
2
O ，无生命存在，极端环境，高温、频繁火山活动。 期产氧光合作用生物使局部有少量 O2，出现简单生命形式，2 如细菌；地球总体气候较温和，平均温度约 0°C - 40°C。
元古宙时期（约 25 - 5.4 亿年前）地球的空气中 显生宙时期（约 5.4 亿年前 - 现今）地球的空气
CO2、CH4、H2等含量降低，O2逐步积累并实现源超 中CO2、CH4等含量进一步降低，O2含量显著增加，
越汇，命形式逐渐复杂，真核生物出现；早期和晚期 总体接近现今大气状态，生物种类丰富多样，从海洋
全球多次广泛发育大规模冰川沉积，中期气候较温和。 到陆地再到天空发展；人类活动影响气候和空气质量。
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01
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
宇航员在密封舱内
正常呼吸、操作精
密仪器，面部因舱
内适宜空气环境而
呈现的从容状态，
依赖于密封舱内的
气体。
航天器里要给宇航
员打造舒适环境，
空气成分必须精准
把控！少了哪种成
分宇航员会憋闷，
多了哪种又可能出
危险。
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
结合生活常识和过
去所学，空气的主
要成分有哪些
氩气 约0.934%
二氧化碳 约0.038%
其他 约0.002%
现在，人们可以利用氧气传感器准确测量空气中的氧气
含量，但在200年前这可并非易事。1775年，拉瓦锡
(A.L.Lavoisier,1743—1794)首次测定了空气中氧气的含量。
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
空气成分的探究 拉瓦锡把少量汞（Hg）
放入密闭容器后加热，使
其与氧气反应。
反应结束后，停止加热恢复
至室温，观察玻璃钟罩内的
现象。
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
空气成分的探究
观看视频并思考：
拉瓦锡的探究实验现象是什么？
利用了什么原理？
从中你能得出什么结论？
小组内交流讨论一下。
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
拉瓦锡实验的原理是什么？
可燃物消耗氧气 密闭容器压强减小 体积变化 玻璃钟罩水倒流 液面上升）
从拉瓦锡的实验的现象中能得出什么结论？
实验现象 实验结论
第一阶段： 加热初期，汞表面出现红色粉末（氧化汞）， 汞能与空气中的某种气体发生化学反应，生成固且红色粉末逐渐增多 态的氧化汞（红色粉末）
汞与空气反应
2 天后，红色粉末不再增加，容器内气体体积 空气中能与汞反应的气体体积有限，且占空气总
（将汞置于密 明显减少，约减少原空气体积的 1/5 体积的1/5（后续命名为 “氧气”）
闭容器中，持
剩余气体（约占原体积 4/5）通入澄清石灰水， 剩余的 4/5 气体不与汞反应、不支持燃烧、不
续加热 12 天） 石灰水不变浑浊；将燃着的木条伸入，木条立即熄灭 与澄清石灰水反应，化学性质稳定（后续命名为氮气）
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
从拉瓦锡的实验中能得出什么结论？
实验现象 实验结论
第二阶段： 红色氧化汞受热后逐渐分解，生成银白色液态 氧化汞分解产生的气体是第一阶段中被汞消耗的汞和一种气体 气体（氧气），证明氧气是空气的组成成分之一
氧化汞的分解
收集该气体，将燃着的木条伸入，木条燃烧更
（将第一阶段 剧烈 氧气具有支持燃烧的化学性质
生成的红色氧
测量该气体体积，发现其体积与第一阶段反应 空气中氧气的体积分数为 1/5，空气是由氧气和
化汞单独加热） 消耗的气体体积完全相等 氮气(及少量其他气体)组成的混合物，而非单一物质
防止气体逸出或外界气体进入，
拉瓦锡的实验为
什么要在密闭的 保证气体体积测量准确
容器中进行？ 排除外界干扰，
确保反应只发生在汞与空气成分之间
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探·知识奥秘 一、定量认识空气的组成
拉瓦锡的实验结论
空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物，打破了此前人们对
1 空气成分的误解。
氧气的体积分数：空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “氧
2 气”），体积约占空气总体积的 1/5，这是人类首次精准测定氧气在空气中的占比。
氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体（后命名为 “氮气”），化学性质稳定，
3 不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
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理·核心要点
空气的组成 氮气 约78% 氧气 约21%
（体积分数） 氩气 约0.934% 二氧化碳 约0.038% 其他 约0.002%
定 加热
量 实 汞+氧气 氧化汞
认 验 拉瓦锡通过加热汞与空气反应、再加热反应产物的实验，首次科学
组 原
识 揭开了空气的组成秘密，推翻了当时空气是单一物质的错误认知理
空成 拉瓦锡
气 实验 1.空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物，打破了此前人们对空气成分的误解。
的 实
验 2.氧气的体积分数：氧气体积约占空气总体积的 1/5，这是人类首
结 次精准测定氧气在空气中的占比。
论 3.氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体为氮气，化学性
质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空
气的重要组成部分。
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析·典型范例
1．关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是（ B ）
A．实验中汞需要足量
B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉
C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气
D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小
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析·典型范例
2．两百年前化学家拉瓦锡研究了空气的组成，装置如图，下列说法
错误的是（ A ）
A．曲颈甑和玻璃钟罩的汞都发生了化学反应
B．反应结束后玻璃钟罩内的汞液面上升
C．实验验证了空气的组成不是单一的气体
D．加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气
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02
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
汞有毒，
我们能否使用其他物质来验证空气中氧气的体积分数？ 无法在实
验室使用。
选择的药品需要满足什么要求？
下列物质都可以与氧气反应
①硫 + 氧气 点 燃 二氧化硫 哪种物质更适合用来探究空气
②碳 + 氧气 点 燃 二氧化碳 中氧气的体积分数？
③磷 + 氧气 点 燃 五氧化二磷
点燃
④石蜡 + 氧气 二氧化碳 + 水
加 生成物中含有气体，⑤铜 + 氧气 热 氧化铜 无法形成压强差。
⑥铁 + 氧气 点 燃 四氧化三铁
铁在纯氧中才可以点燃， 最终选择出铜和红磷都是适合探
不符合要求。 究空气中氧气含量的药品。
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
药品选择的原则
需要满足的条件
1 能与氧气发生反应 铜粉测定空气中氧气含量
2 不能与氧气之外的气体反应
3 生成物不能有气体（生成物为固体）
红磷测定空气中氧气含量
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
铜粉测定空气中氧气含量
认真观看视频：
实验步骤及实验现
象、结论。
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
实验步骤
1、将一只硬质玻璃管注满水，倒入量筒，
记录体积。
2、在另一只硬质玻璃管中装入铜粉塞上橡
胶塞。观察铜粉的颜色。点燃酒精灯，左
右移动预热试管。
3、加热玻璃管中的铜，同时推拉注射器的
活塞。
4、停止加热后，将气球内的气体全部挤入
注射器，待注射器活塞稳定后，记录体积
5、读取剩余气体的体积，记录实验结果。
思考：实验过程中为什么要不断推拉注射器？气球有什么作用？实验数据如何处理？
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
铜粉测定空气中氧气含量
实验数据处理：
15ml
加热 50ml+25ml×100%=20%原理：铜+氧气 氧化铜
实验过程中不 实验前测定：
断推拉注射器 硬质玻璃管体积为50ml
的作用： 注射器中空气体积为25ml
推动空气流动， 实验后：
使氧气与铜粉 注射器中空气体积为10ml
充分反应 气体体积减少了15ml
气球的作用：平衡气压
铜粉过量：使氧气完全消耗
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
误差分析
思考：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？
气球内气体未全部挤出。（偏大）
思考：实验过程中如果得到的结果偏小，可能是什么原因？
（1）铜粉量不足；（偏小）
（2）装置漏气；（偏小）
（3）未冷却至室温就读数；（偏小）
（4）氧气有剩余（反应时间不够）；（偏小）
（5）达不到反应温度；（偏小）
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
红磷测定空气中氧气含量
认真观看视频：
实验步骤及实验现
象、结论。
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
红磷测定空气中氧气含量
【实验步骤】(1) 连接装置, 并检查装置的 气 密 性 。
(2) 用弹簧夹夹紧乳胶管, 点燃燃烧匙内的红磷, 立即
伸入集气瓶中, 并塞紧塞子。
(3) 待红磷熄灭并 冷 却 至 室 温 后, 打开弹簧夹。
【实验现象】(1) 红磷燃烧, 产生大量 白 烟 , 反应放
热。
(2) 冷却后打开弹簧夹, 水沿着导管进入集气瓶中, 进
入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的 。
【实验结论】氧气约占空气总体积的 。
思考：实验过程中要注意些什么？为什么集气瓶底部要预留少量水？
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
红磷测定空气中氧气含量
实验前需检查 反应前关闭弹簧夹，红磷熄
装置气密性， 灭后，需待集气瓶完全冷却
用酒精灯点燃 至室温，再打开弹簧夹
红磷后，需快
速将红磷伸入
集气瓶并塞紧
橡胶塞。
原理：红磷+氧气 点 燃 五氧化二磷
集气瓶底部预留少量水：
①防止反应局部放热使瓶底炸裂
②吸收有毒的五氧化二磷
红磷过量：使氧气完全消耗
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
误差分析
思考：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？
（1）点燃红磷后伸入集气瓶内，可是没有及时迅速地塞紧胶塞(塞入过慢)
（2）止水夹未夹紧
思考：实验过程中如果得到的结果偏小，可能是什么原因？
（1）红磷量不足；（偏小）
（2）装置漏气；（偏小）
（3）未冷却至室温就读数；（偏小）
（4）没有冷却就打开止水夹；（偏小）
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
实验拓展
思考：烟与雾有什么区别？
剩余气体主要是什么呢？
烟是固体小颗粒在空气中悬浮所形成的。
雾是液体小液滴在空气中悬浮所形成的。 这种气体都有哪些性质？
剩余气体主要是氮气。
不能燃烧，也不支持燃烧
不溶于水，不与水反应
没有颜色
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
构建思维模型
实验设计 构建一个封闭体系 利用物质发生化学反（密闭容器） 应消耗装置内的氧气
分析现象，根据数据， 液体流动或活塞移动 压强变化
得出结论
科普短文 太空吸氧：空间站有妙招
航天员在空间站呼吸的空气，和地球很像：氧气约 21%，和我们日常呼吸浓度一样；氮气约 78%，能稀释
氧气防火灾，还能维持正常气压；剩下 1% 是少量二氧化碳和水蒸气，且几乎没有污染物，让航天员住得舒服
又安全。
空间站的氧气不靠从地球大量运输，主要靠 “电解水” 制造。水来源多样，有地球运来的，也有航天员
呼出的水蒸气凝结的，还有尿液、汗液处理后的再生水。给水通电，水分子就会分成氧气和氢气，氧气直接供
呼吸，氢气再和航天员呼出的二氧化碳反应生成水，实现 “水→氧气→水” 的循环。
另外，空间站还备有 “固体氧气发生器”，里面的特殊物质遇二氧化碳或水蒸气能快速产氧，作为应急备
用。这些方法既省钱又环保，让航天员在太空随时有新鲜氧气可吸。
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探·知识奥秘 二、实验探究空气的组成
科学史话 稀有气体的发现
很长一段时间人们普遍认为空气中除了少量水蒸气和二氧化碳之外，
其余的就是氧气和氮气了。1892年，物理学家瑞利
(L.J.W.Rayleigh,1842—1919)利用灵敏度达0.0001g的天平，在长达10
年的气体密度测量工作中，发现了从空气中分离得到的氮气密度
(1.2572g/L)与分解含氦物质得到的氨气密度(1.2508g/L)之间总是有微
小的差异。瑞利没有放过这一微小的差异，他与化学家拉姆齐
(W.Ramsay,1852—1916)合作，先是仔细去除空气中的氧气、二氧化碳、
水蒸气和氮气，然后利用分光镜观察剩余气体的光谱线，终于发现在空
气中还存在着氩气。在以后的几年里，拉姆齐又通过分离液态空气和光
谱法陆续发现了氪、氖、氦、氙。
思考：
稀有气体是从气体密度测量结果里的微小差异中发现的，因此被称
为“第三位小数的胜利”,这是科学家们严谨求实、勇于质疑、不懈探 (1)阅读上述材料给了你怎样的启示
索的结果。1904年，瑞利和拉姆齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分 (2)你能否举例说明在日常生活、工
别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。 作和科学研究中关注细节和不忽视
“异常”现象的重要性
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理·核心要点
原理：铜+氧气 加 热 氧化铜
铜粉 1.实验过程中不断推拉注射器的作用：推动空气流动，使氧气与铜粉
实验 充分反应
空 2.气球的作用：平衡压强实
气 3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
验
的
探组 原理：磷+氧气 加 热 五氧化二磷
究
成 1.实验前需检查装置气密性，点燃红磷后，快速将红磷伸入集气瓶塞
红磷 紧橡胶塞。
实验
2.集气瓶底部预留少量水：①防止反应局部放热使瓶底炸裂②吸收有
毒生成物
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
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析·典型范例
1．如图装置常用来测定空气中氧气含量，下列对该实验的认识错误
的是（ B ）
A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5
B．红磷燃烧产生大量的白色烟雾，火焰熄灭后
立刻打开弹簧夹
C．实验前要检查装置的气密性
D．实验时红磷一定要足量，耗尽氧气
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析·典型范例
2．为测定空气中氧气含量的实验装置，兴趣小组的同学设计以下实
验装置完成实验（装置气密性良好，药品充足，部分装置省略）。
已知：实验前注射器活塞位于40mL处，玻璃管容积为80mL，气球
中没有空气。下列说法不合理的是（ C ）
A．实验过程中，观察到红色铜粉变为黑色
B．加热时要多次缓慢推拉注射器，使铜粉与氧气充分反应
C．充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射
器活塞应停在约24mL刻度处
D．停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读
数，则测得氧气的含量结果偏大
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理·核心要点
体积 氮气 约78% 氧气 约21%
空 分数 氩气 约0.934% 二氧化碳 约0.038% 其他 约0.002%
定
气 加热量 原理：汞+氧气 氧化汞
的
认 1.空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物
组
空 识 拉瓦锡成 实验 2.氧气的体积分数：氧气体积约占空气总体积的 1/5
气 3.氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体为氮气，化学性质稳定，不与汞反
的 应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
原理：铜+氧气 加组
热 氧化铜
成 铜粉 1.实验过程中不断推拉注射器的作用：推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应空
实 实验
气 2.气球的作用：平衡压强验 3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
的
探
组 原理：磷+氧气 加 热 五氧化二磷
究成 红磷 1.实验前需检查装置气密性，点燃红磷后，快速将红磷伸入集气瓶塞紧橡胶塞。实验
2.集气瓶底部预留少量水：①防止反应局部放热使瓶底炸裂②吸收有毒生成物
3.实验结论：氧气体积约占空气体积的五分之一。
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练·技能实战
1.某项目式学习小组按下图完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气
瓶的水量低于“1”刻度线，几位同学对测量值偏小的原因分析如下，
其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点（ B ）
A．甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽
B．乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出
C．丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应
进入容器的水滞留在导管中
D．丁：由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，影响测量结果
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练·技能实战
2.用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。加热试管，红磷（足量）
开始燃烧，待红磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验
的说法错误的是（ A ）
A．要达到实验目的，试管中的红磷可以更换为木炭
B．红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到
注射器活塞不再移动才能读数
C．若注射器中的水最终减少了10ml，说明空气
中氧气的体积分数约为20%
D．该实验可说明氮气不支持燃烧
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THANKS!
谢谢观看
九年级化学 上册·鲁教版2024
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