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2025-2026学年浙教版（新教材）八年级下册培优讲义
第一章 我们呼吸的空气
1.1.1 空气的成分
思维导图
知识要点精讲
知识要点1
空气中氧气的含量
拉瓦锡定量研究空气成分实验：
实验原理：汞+氧气 氧化汞； 氧化汞 汞+氧气
；
（2）实验步骤：
①将一定量的汞放在一个曲颈甑中，再将曲颈甑与一个钟罩相连，钟罩内是空气，且钟罩倒扣在水银槽里；
②持续加热曲颈甑中的汞12天，发现一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时钟罩内的液面上升，说明钟罩内的气体体积减少；
③停止加热，冷却后，将生成的红色粉末收集起来，放在另一容器中加强热，得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于之前钟罩内减少的气体体积。
（3）实验装置：
（4）实验结论：
①空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5；
②氧气能支持燃烧和呼吸，氮气不支持燃烧，也不能供给呼吸。
测定空气中氧气含量的实验：
（1）实验原理：红磷（或白磷）在密闭容器中燃烧，消耗氧气生成固体五氧化二磷，使容器内压强减小，水被吸入容器，吸入水的体积约等于空气中氧气的体积。
表达式如下：
（2）实验过程：
①仪器与药品：集气瓶、燃烧匙、橡皮塞、导管、烧杯、红磷（足量）、水
②反应装置：
③实验步骤：
Ⅰ.检查装置气密性：将集气瓶装满水，用带有燃烧匙和导管的橡皮塞塞紧瓶口，导管另一端放入盛有水的烧杯中，用手捂住集气瓶，观察烧杯中导管口是否有气泡冒出，松手后导管内是否形成一段稳定的水柱，若有，则装置气密性良好。
Ⅱ.在集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分为5等份，做好标记。
Ⅲ.用燃烧匙取足量红磷，在酒精灯上点燃，迅速伸入集气瓶中，立即塞紧橡皮塞，观察红磷燃烧的现象。
Ⅳ.待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹（或松开导管上的止水夹），观察烧杯中的水进入集气瓶的情况，并记录进入水的体积占集气瓶内原空气体积的比例。
④实验现象：红磷燃烧时产生大量白烟，放出热量；冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的1/5。
（3）实验结论：红磷燃烧时产生大量白烟，放出热量；冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的1/5。
（4）实验注意事项：
①进行氧气含量测定实验时，红磷必须足量，以保证将集气瓶内的氧气完全消耗。
②点燃的红磷要迅速伸入集气瓶并塞紧橡皮塞，防止集气瓶内空气受热逸出，影响实验结果。
③实验结束后，必须待集气瓶冷却至室温再打开弹簧夹，否则气体受热膨胀，会导致测量结果偏小。
（5）问题与讨论：
①能否用木炭或硫代替红磷测定空气中氧气的含量？为什么？
答：不能。因为木炭燃烧生成二氧化碳气体，硫燃烧生成二氧化硫气体，虽然消耗了氧气，但生成了新的气体，集气瓶内压强变化不大，水不能进入或进入的体积很少，无法准确测定氧气的含量。若要使用木炭或硫，需要在集气瓶中预先加入能吸收生成气体的溶液，如氢氧化钠溶液吸收二氧化碳和二氧化硫，但操作相对复杂，因此通常选用红磷。
②实验中集气瓶底部为什么要放少量水？
答：一是吸收红磷燃烧生成的五氧化二磷，防止其污染空气（五氧化二磷有毒且易溶于水）；二是吸收热量，使集气瓶快速冷却至室温，缩短实验时间。
③误差分析，若实验结果偏小，可能的原因有哪些？若结果偏大，可能的原因又是哪些？
答：若实验结果偏小，可能原因有：红磷量不足，未完全消耗氧气；装置气密性不好，有空气进入；未冷却至室温就打开弹簧夹，气体膨胀导致进入水的体积偏小等。若结果偏大，可能是燃烧匙伸入集气瓶过慢，导致部分空气受热逸出。
④该实验有那些缺陷？应该怎样优化该实验使结果更准确？
该实验的缺陷：燃烧不能耗尽装置内所有的氧气；点燃红磷需要打开装置，在外部点燃后再放入装置。改进实验如下：
图①可以通过凸透镜聚光点燃集气瓶内的白磷，避免空气污染；图②～⑥都是在装置内点燃红磷或白磷，且容器有精确的刻度，能更精确测得空气中氧气的体积。(注：图⑥中，金属梯由不活泼金属丝制成，在凸起的部分放上小块白磷，依靠凸透镜聚光加热使得白磷从下到上依次燃烧，该方法相对大块白磷的优点是缓慢燃烧，能充分消耗试管内的氧气)。
知识要点2
空气各成分及其体积分数
空气是重要的自然资源——各成分的利用
氧气：分为医用氧和工业氧，医用氧用于治病救人，工业氧用于生产和产品加工；另外可供给动植物呼吸，产生能量；也可助燃，其中氧炔焰可用来切割焊接金属。
氮气：制造硝酸、炸药、氮肥的重要原料；做保护气，灯泡中充氮气可延长使用寿命；做食品保鲜剂，食品包装时充氮气可以防腐、保鲜；做冷冻剂，医疗上常用液氮冷冻麻醉或冷藏入体细胞组织等。
稀有气体：常用作保护气；在焊接金属时用于隔绝空气；做霓虹灯、闪光灯、航标灯(因为稀有气体通电能发出不同颜色的光)；用于激光技术；制造低温环境(氦气)；用于医疗麻醉(氙气)等。
经典例题精讲
【典例1】空气的成分：①氧气；②氮气；③二氧化碳；④稀有气体。按体积分数由大到小的顺序排列正确的是（ ）
①②③④ B．②①③④ C．③④①② D．②①④③
【答案】D
【详解】各气体在空气中的体积分数：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%，故体积分数由小到大的排列顺序为②①④③。
故选D。
【典例2】下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．空气中含有少量稀有气体，它们可以制成多种用途的电光源
B．空气中分离出的氮气化学性质不活泼，食品包装中充氮气可以防腐
C．空气中的氧气化学性质比较活泼，在一定条件能与许多物质发生反应
D．按质量计算，空气中约含氮气78%、氧气21%、稀有气体等成分1%
【答案】D
【详解】A、稀有气体的用途是：做各种电光源、作保护气等，正确但不符合题意，故选项错误；
B、氮气的用途是：制造氮肥、氮气充入食品包装袋内可以防腐、液态氮可以做制冷剂，正确但不符合题意，故选项错误；
C、空气中的氧气化学性质比较活泼，在一定条件能与许多物质发生反应，氧气具有氧化性和助燃性，正确但不符合题意，故选项错误；
D、按体积计算，空气中约含氮气78%、氧气21%、稀有气体等成分1%，不是按质量计算，故选项正确；
故选D。
【典例3】空气是一种宝贵的自然资源，人类可以从这种自然资源中获取多种有用的气体。下列说法中不正确的是（ ）
A．法国化学家拉瓦锡最先发现空气由氧气和氮气组成的，并且他测出了氧气约占空气总体积 1/5 的结论
B．空气中含有较多的氮气和氧气，工业上制取氧气和氮气时利用氮气和氧气的熔点不同，将它们从空气中逐次分离出来，该过程是物理变化
C．氮气占空气的体积分数约是 78%，氮气化学性质非常不活泼，可以用作保护气，氮气不支持燃烧，所以也常用氮气做灭火剂
D．稀有气体化学性质不活泼，常用作保护气，可以用来制作各种用途的电光源，其中氦气还可以用于医疗麻醉
【答案】B
【详解】
法国化学家拉瓦锡最先发现空气由氧气和氮气组成的，并且他测出了氧气约占空气总体积 1/5 的结论，正确；
工业上制取氧气和氮气时利用氮气和氧气的沸点不同，将它们从空气中逐次分离出来，该过程是物理变化，故错误；
氮气占空气的体积分数约是 78%，氮气化学性质非常不活泼，可以用作保护气，氮气不支持燃烧，所以也常用氮气做灭火剂，正确；
稀有气体化学性质不活泼，常用作保护气，可以用来制作各种用途的电光源，其中氦气还可以用于医疗麻醉，正确；
故选B。
【典例4】某校兴趣小组同学在课题组老师的指导下，将教材中“测定空气中氧气含量”的实验装置（如图甲所示）改进为新的实验装置（如图乙所示），改进后的实验装置相对于原装置，以下评价不恰当的是
A．反应容器容积小，药品消耗少
B．装置简洁，减少了甲装置中导管引起的误差
C．白磷比红磷的着火点高，使用更安全
D．容器内径相等，易准确推算出空气中氧气的含量
【答案】C
【详解】A.通过装置可以看出，乙装置的反应容器体积小，里面密封的空气就少，则药品消耗少，故A正确；
B.乙装置比较简洁，空气只存在于注射器内，而甲装置的气体除了集气瓶内的外，导气管中也含有气体，因此可以减少甲图装置中导管引起的误差，故B正确；
C.着火点是物质的一种性质，白磷比红磷着火点低，故C错误；
D.乙容器内径相等，通过注射器上的刻度易准确推算出空气中氧气的含量，故D正确；
答案选C。
【典例5】某校科学兴趣小组就空气中氧气的含量进行实验探究：
【集体讨论】：
（1）讨论后同学们认为，选择的药品既要能消耗氧气，又不会跟空气中的其它成分反应，而且生成物为固体。他们应该选择( )
A．蜡烛 B．红磷 C．木炭
为了充分消耗容器中的氧气，药品的用量应保证 。写出红磷燃烧的文字表达式 。
（2）小组同学共同设计了如图所示的两套装置，你认为合理的是（填编号） 。为了确保实验的成功，在装药品之前应该 。
【分组实验】：在讨论的基础上，他们分组进行了实验。
【数据分析】：实验结束后，整理数据如下：（注：集气瓶容积为100mL）
组 别 1 2 3 4 5 6
进入集气瓶中水的体积（mL） 20 21 19 20 22 18
（3）通过对实验结果的交流，大多数同学都验证出氧气约占空气体积的 。通过实验还可以推断集气瓶中剩余气体的物理性质是 。
【实验拓展】：
（4）已知镁在空气中燃烧可分别与氧气和氮气反应，都生成固体物质，此实验中镁（填“能”或“不能”） （填“能”或“不能”）代替红磷，其原因是 。
【答案】 B 充足 A 检查装置气密性 难溶于水 不能 镁既能与氧气反应，又能与氮气反应
【分析】蜡烛在氧气中点燃生成二氧化碳和水，红磷在氧气中点燃生成五氧化二磷，木炭在氧气中点燃生成二氧化碳，镁在氧气中点燃生成氧化镁，镁在氮气中点燃生成氮化镁。
【详解】（1）蜡烛在氧气中点燃生成二氧化碳和水，木炭在氧气中点燃生成二氧化碳，红磷在氧气中点燃生成五氧化二磷固体，故选B。为了充分消耗容器中的氧气，药品的用量应保证足量。红磷燃烧的文字表达式为。
（2）实验A和B的区别在于红磷的位置，而这一点与氧气的密度有关，由于氧气的密度大于空气，所以红磷在稍微低的位置更利于反应的进行，也更利于氧气的消耗，所以实验设计A更合理，为了确保实验的成功，在装药品之前应该检查装置气密性。
（3）通过对实验结果的交流，大多数同学都验证出氧气约占空气体积的五分之一。通过实验还可以推断集气瓶中剩余气体的物理性质是难溶于水。
（4）镁在空气中燃烧可分别与氧气和氮气反应，都生成固体物质，此实验中镁不能代替红磷，其原因是镁既能与氧气反应，又能与氮气反应。
【典例6】某同学利用白磷燃烧测定空气中氧气的含量（如图所示），选用50mL的试管作反应容器和量程体积足够大且润滑效果很好的针筒注射器，将足量的白磷放入试管后，用橡皮塞塞紧试管并夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束后等到试管冷却后松开弹簧夹，观察现象。
（1）正式开始实验前，该兴趣小组同学打开弹簧夹，将注射器活塞从20mL刻度处推至17mL处，然后松开活塞观察到活塞返回至20mL刻度处，该操作的主要目的是 。
（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，中间的连接管内空气体积忽略不计，若实验成功，可观察到活塞前缘最终停留在 mL刻度处。
【拓展延伸】为了帮助同学们更好地理解测定氧气含量的实验原理，老师利用传感器技术定时测定了实验装置（如图1）内的压强、温度和氧气浓度，三条曲线变化趋势如图2所示。
（3）X曲线表示压强变化趋势，Y曲线表示 。
（4）结合Y、Z两条曲线，解释图2中AB段压强变化的原因是 。
【答案】 检查装置气密性 10 温度的变化趋势 白磷燃烧放热导致气压增大幅度大于氧气减少导致气压减小的幅度
【详解】（1）正式开始实验前，该兴趣小组同学打开弹簧夹，将注射器活塞从20mL刻度处推至17mL处，然后松开活塞观察到活塞返回至20mL刻度处，该操作的主要目的是检查装置气密性；
（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，中间的连接管内空气体积忽略不计，若实验成功，可观察到活塞前缘最终停留在20mL-50mL×=10mL刻度处；
（3）X曲线表示压强变化趋势，Y曲线表示温度的变化趋势，是因为白磷燃烧放热水中温度升高，完全反应后不再放热，温度逐渐降低至原温度；
（4）图2中AB段压强变化的原因是白磷燃烧放热导致气压增大幅度大于氧气减少导致气压减小的幅度。
【典例7】某兴趣小组对“测定空气里氧气的含量”实验展开了学习和探究。
(1)经典回顾：二百多年前，法国化学家拉瓦锡用如图装置研究了空气的成分。拉瓦锡得出了空气是由氮气和氧气组成的结论，由此可知，从物质类别角度分析，空气属于混合物或纯净物中的 。
(2)原理分析：该实验利用氧气和空气中其他气体性质的差异，借助化学反应，将空气中的 除去，从而达到物质分离。再利用密闭体系中压强的变化，借助进入容器内液体的体积，将间接量转化为可视的数据，进而通过分析得出结论。
(3)反思交流：拉瓦锡实验中选择使用汞进行实验，其原因不包括（ ）
A．汞蒸气有毒
B．反应生成的氧化汞是固态
C．加热时汞只与空气中的氧气反应
【答案】 （1）混合物（2）氧气（3）A
【详解】（1）空气由氮气和氧气等多种气体组成，属于混合物；
拉瓦锡的实验通过化学反应将空气中的氧气除去，因为氧气与其他气体在性质上存在差异，从而实现了物质的分离。随后，他利用密闭体系中压强的变化，通过测量进入容器内液体的体积，间接地将不可视的气体体积变化转化为了可视的数据，进而分析并得出了空气组成的结论。
（3）拉瓦锡实验中选择使用汞进行实验的原因不包括汞蒸气有毒。实际上，汞蒸气确实有毒，但这不是选择汞进行实验的原因。选择汞是因为它在加热时只与空气中的氧气反应，生成的氧化汞是固态，这些性质有利于实验的进行，故选A。
习题精练
题组A 夯实基础过关练
1．空气中体积分数占21%的气体是（ ）
A．氧气 B．氮气
C．二氧化碳 D．水蒸气
【答案】A
【详解】空气中各成分的体积分数分别为：氮气78%，氧气21%，二氧化碳0.03%，稀有气体0.94%，选A。
2．下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．空气是一种十分重要的天然资源
B．少量有害气体进入空气中，依靠大自然的自净能力，空气仍能保持洁净
C．按质量计算，空气中约含氮气78%，氧气21%，其他气体和杂质约占1%
D．空气中的稀有气体一般不跟其他物质反应，曾被称为“惰性气体”
【答案】C
【详解】A、空气中含有氮气和氧气，因此空气是一种十分重要的天然资源，故选项正确；
B、空气具有自我净化能力，因此少量有害物质进入空气中，依靠大自然的自净能力，空气仍能保持洁净，故选项正确；
C、是体积分数，不是质量分数，故选项错误；
D、空气中的氮气化学性质很稳定，常温下很难与其他其他物质发生反应。故选项正确；
故选C。
3．要除去密闭容器中的氧气，得到较纯净的氮气，可用燃烧除氧气的方法，下列物质中可选用的是（ ）
A．铁 B．木炭 C．红磷 D．蜡烛
【答案】C
【详解】A、铁丝在空气中不能燃烧，故不能消耗空气中的氧气，故选项错误；
B、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体或者一氧化碳气体甚至是两者的混合气体，虽除去氧气，但增加了新的气体，不能得到较纯净的氮气，故选项错误；
C、红磷本身是固体，能在空气中燃烧，且生成物五氧化二磷是固体，可以用于除去空气中的氧气，得到较纯净的氮气，故选项正确；
D、蜡烛的主要成分是石蜡，在空气中能够燃烧生成二氧化碳气体和水，虽除去氧气，但增加了新的气体，不能得到较纯净的氮气，故选项错误。
故选C。
4．“天宫一号”是我国首个太空实验室，宇航员进入“天宫一号”可以不用穿宇航服，因为在“天宫一号”的实验仓内充有“人造空气”，这种空气含有体积分数为70%的氮气、20%以上的氧气、还有二氧化碳。以下关于“人造空气”的说法正确的是（ ）
A．“人造空气”是一种化合物
B．“人造空气”中的氮气含量比空气中的氮气含量高
C．“人造空气”中的氧气和空气中的氧气化学性质相同
D．氮气不能供给宇航员呼吸，因此“人造空气”中的氮气是多余的
【答案】C
【详解】A、“人造空气”中，这种空气含有体积分数为70%的氮气、20%以上的氧气、还有二氧化碳，因此属于混合物，故选项错误；
B、空气中氮气大约占78%，“人造空气”中的氮气含量比空气中的氮气含量低，故选项错误；
C、同种物质性质相同，“人造空气”中的氧气和空气中的氧气化学性质相同，故选项正确；
D、氮气是空气的主要成分，不是多余的，故选项错误；
故选C。
5．如图是某同学设计的验证氧气约占空气总体积的实验装置图．下列操作过程对实验结果的影响说法正确的是（ ）
A．弹簧夹没夹紧会导致实验结果偏小
B．燃烧匙内盛放过量的红磷会导致实验结果偏大
C．没等装置冷却就打开弹簧夹会导致实验结果偏大
D．点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞会导致实验结果偏大
【答案】D
【详解】A、弹簧夹没夹紧，在红磷燃烧中，由于放热，导致装置的空气体积膨胀而逸出，最后进入装置内补充的水会更多，而使结果偏大。故此项不正确。
B、燃烧匙内盛放过量的红磷不会影响实验结果，不能导致实验结果偏大，故此说法错误。
C、没等装置冷却就打开弹簧夹会使进入集气瓶中的水少，导致实验结果偏小，故此项错误。
D、点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞会使集气瓶内空气逸出，导致实验结果偏大，此项正确。
故选D。
6．研究物质要抓住一条主线：结构决定性质，性质决定用途。下列有关物质的性质及其相关用途的叙述，正确的是（ ）
①氧气能供给呼吸，登山、潜水时宜携带氧气
②液态氮在汽化时需吸收大量的热，因此可用作冷冻剂
③鱼能在水中生存说明氧气易溶于水
④氖气通电后发红光，可用于制测电笔
A．①②④ B．①③④
C．②③④ D．①②③④
【答案】A
【详解】①氧气能供给呼吸，登山、潜水时宜携带氧气，故说法正确；
②由于液态氮汽化时需吸收大量的热，因此可做冷冻剂，故说法正确；
③鱼能在水中生存是因为水中溶解有氧气，并不能说明氧气易溶于水，氧气是不易溶于水的，故说法错误；
④氖气通电后发红光，可用于制测电笔，故说法正确。
故选A。
7．在生产和科学研究中需要用到一些保护气。当焊接金属时，为了隔绝空气，能作为保护气的是（ ）
A．氢气、氮气
B．氮气、氧气
C．二氧化碳、一氧化碳
D．氮气、氩气
【答案】D
【详解】A、氢气会燃烧，引起爆炸，故该选项错误；
B、氧气会直接导致金属氧化，故该选项错误；
C、CO也会燃烧，导致爆炸，故该选项错误；
D、氮气、氩气均为惰性气体，可以用作保护气，故该选项正确．
故选D．
8．空气是一种 物。法国科学家 首先通过实验得出了空气是由 和 组成。以后各种实验测定表明，空气中各成分的体积大约是：氮气 ，氧气 ，稀有气体 ，二氧化碳 、其余气体和杂质 。在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对 。
【答案】 混合 拉瓦锡 氮气 氧气 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03% 稳定
【分析】根据拉瓦锡研究空气的结论及空气的成分分析回答．
【详解】法国化学家拉瓦锡在前人工作的基础上，通过实验得出了空气是氮气、氧气组成的结论．空气中各成分的体积分数，大致是氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其它气体和杂质的体积分数是0.03%，在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定，所以空气是一种混合物；
9．现有①氧气；②二氧化碳；③氮气；④稀有气体四种物质，请用上述物质的序号填空：空气是一种重要的自然资源，空气中的各种成分可以广泛应用于生产和生活中，其中约 占空气体积的78%，是工业上生产硝酸和化肥的重要原料；人类维持生命不可缺少的气体是 ，燃烧也离不开它； 虽然几乎不与任何物质发生化学反应，但是也有很广泛的用途，如制造电光源等； 是植物进行光合作用不可缺少的物质。
【答案】 ③ ① ④ ②
【详解】试题分析：根据空气的组成及各成分的用途可知，占空气体积的78%为（3）氮气；人类维持生命活动不可缺少的气体为（1）氧气；性质稳定的（4）稀有气体含量很少，但用途广泛；植物生长过程中不可缺少的气体为（2）二氧化碳气体。
10．如图装置所示，将钟罩放入盛水的水槽中，以水面为基准线，将钟罩水面以上容积分为5等份。在燃烧匙内盛过量红磷，用酒精灯点燃后，立即插入钟罩内，塞紧橡皮塞。请问：
（1）燃烧停止，过一会，钟罩内的水面 。
（2）该实验可得出关于空气成分的结论是 。
【答案】 上升 氧气约占空气体积的
【详解】（1）红磷熄灭并冷却后钟罩内水平面上升到钟罩体积的，钟罩内剩余气体主要是氮气．
（2）红磷燃烧消耗了氧气，根据实验现象可得出空气成分的结论：氧气约占空气体积的．
答案：
（1）上升；
（2）氧气约占空气体积的。
11．科学兴趣小组构建了测量空气中氧气的体积分数的思维模型，并利用下图所示装置完成氧气含量的测定。
（1）小科在瓶内加入少量水并将上方空间分为五等分，根据思维模型，接下来的实验操作顺序是 （填序号）。
①冷却到室温 ②止水夹夹紧橡皮管
③点燃红磷，伸入瓶中并塞紧橡皮塞 ④打开止水夹
（2）实验中不能用木炭代替红磷，从建模角度分析，主要是因为无法准确实现上述思维模型中的第 个环节，不能实现的原因是 。
（3）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于容积的1/5，则导致这一结果的原因可能是 （写出一点）。
【答案】 ②③①④ 三 木炭燃烧有气体生成，不会造成装置压强减小 红磷的量不足或未冷却至室温就打开弹簧夹
【详解】（1）小科想测量空气中氧气的体积分数，在瓶内加入少量水并将上方空间分为五等分，正确的实验操作顺序是：②止水夹夹紧橡皮管，③点燃红磷，伸入瓶中并塞紧橡皮塞，①冷却到室温，④打开止水夹，故填：②③①④。
（2）实验中不能用木炭代替红磷，从建模角度分析，主要是因为无法准确实现上述思维模型中的第三个环节，不能实现的原因是：木炭燃烧有气体生成，不会造成装置压强减小。
（3）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于容积的1/5，则导致这一结果的原因可能是红磷的量不足，使得氧气未完全参加反应，或未冷却至室温就打开弹簧夹，导致压强差偏小。
12．1774年10月，拉瓦锡利用如图装置研究空气的成分，曲颈瓶和玻璃钟罩内都为汞，最终他确认了一种新气体，并正式命名为“氧气”。通过实验拉瓦锡彻底地推翻了燃素说，并建立了科学的燃烧学说。科学史再现：如图所示，调节玻璃钟罩与汞槽中的汞液面相平，做好标记，测得玻璃钟罩内约有36体积的空气，曲颈瓶内约14体积空气。精确记录装置内温度和气压，点燃火炉加热装置，约12天判断已经完全反应熄灭火炉，曲颈瓶中出现了红色的固体。让器皿冷却至初始温度，移动钟罩使罩内汞液面再次和汞槽中液面相平，测得装置总剩余气体为43体积。已知汞为银白色液体，氧化汞为红色固体。请分析回答下列问题：
（1）写出反应的文字表达式： 。
（2）判断拉瓦锡实验中汞和氧气已完全反应的依据是 。
（3）在拉瓦锡实验中，汞槽中汞的作用是 （写出一点）。
（4）拉瓦锡实验测得的空气中氧气的体积分数约为 。
【答案】 汞+氧气氧化汞 钟罩和汞槽中的液面差不再变化 起到液封作用 14%
【详解】（1）根据题意可知，发生的反应是汞与氧气在加热时生成氧化汞，反应的文字表达式：汞+氧气氧化汞；
（2）汞和氧气反应会使气体体积变小，当反应停止后气体体积不再变化，则钟罩和汞槽中的液面差不再变化，判断拉瓦锡实验中汞和氧气已完全反应的依据是钟罩和汞槽中的液面差不再变化；
在拉瓦锡实验中，汞槽中汞的作用是起到液封作用；
（4）拉瓦锡实验测得的空气中氧气的体积分数约为。
13．某科学兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”的实验（见图甲）进行了大胆改进，设计图乙（选用容积为45毫升的18×180毫米的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果。请你对比分析图甲、图乙实验，回答下列有关问题：
（1）图甲实验中红磷燃烧的实验现象是 ，等A瓶冷却后打开止水夹，现象为 。
（2）图乙实验的操作步骤如下：
①点燃酒精灯；
②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；
③将少量红磷平装入试管中，将20毫升的注射器活塞置于10毫升刻度处，并按图乙中所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧橡皮管；
④读取注射器活塞的数据。
你认为正确的实验操作顺序是 （填序号）。
（3）图乙实验中，注射器活塞将从10毫升刻度处慢慢前移到约为 毫升刻度处才停止。
（4）和图甲实验对比，图乙实验的装置有何优点？ （回答一点即可）。
【答案】 产生大量的白烟，放出大量的热 烧杯中的水倒流进集气瓶，约占瓶内原剩余体积的 ③①②④ 1 节省材料（或不污染环境；便于读数）
【详解】（1）图甲实验中红磷在空气中燃烧，燃烧的实验现象是产生大量的白烟，放出大量的热；由于燃烧消耗了集气瓶内的氧气，使得集气瓶压强降低，等A瓶冷却后打开止水夹，现象为烧杯中的水倒流进集气瓶，约占瓶内原剩余体积的。故填：产生大量的白烟，放出大量的热；水倒流进集气瓶，约占瓶内原剩余体积的
（2）图乙实验的正确操作步骤是：③将少量红磷平装入试管中，将20毫升的注射器活塞置于10毫升刻度处，并按图乙中所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧橡皮管；①点燃酒精灯；②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；④读取注射器活塞的数据。因此图Ⅱ实验正确的实验操作顺序是：③①②④；故填：③①②④
（3）图乙所示实验中，试管中的氧气体积为：，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL刻度处才停止；故填：1
（4）图乙和图甲实验对比，图乙实验的装置的优点有：节省材料（或不污染环境；便于读数）；故填：节省材料（或不污染环境；便于读数）
14．小高同学按照课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图1所示），但测出的氧气的体积分数明显小于1/5。他对课本上的实验装置进行了图2所示的改进（其他仪器忽略）。小丁同学提出应把图2红磷换为白磷，理由是 。拉瓦锡测出的氧气约占空气总体积的1/5，而我们在做图1的实验时，即使红磷足量、操作正确，气体减少的体积往往小于1/5。为什么呢？小高联想到铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中可以燃烧的事实，分析得出原因是 。
【答案】 白磷的着火点比红磷低 氧气浓度低于一定时燃烧停止，无法耗尽氧气
【分析】白磷的着火点比红磷低；氧气浓度低于一定时燃烧停止，无法耗尽氧气。
【详解】把图2红磷换为白磷，因为白磷的着火点比红磷低。铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中可以燃烧的事实，因为空气中氧气的浓度低，由此可以得出即使红磷足量、操作正确，气体减少的体积往往小于1/5原因是：氧气浓度低于一定时燃烧停止，无法耗尽氧气。
15．（23-24八年级下·浙江杭州·期末）测量空气中氧气体积分数实验的思维模型如下：封闭空间—消耗氧气—气压减小—观察现象。项目化学习小组按图甲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。为提高氧气含量测定的精准度，展开了如下研究。
[误差分析]几位同学对测量值偏小原因的分析如下：
甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽；
乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出；
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；
丁：由于广口瓶的形状造成很难均分五等份，影响测量结果；
（1）以上原因分析中，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是 （选填“甲”“乙”“丙”或“丁”）的观点。
（2）[方案改进]根据以上讨论，为减少实验误差，提高实验结果的精准度，学习小组同学设计了图乙改进装置（已知：红磷的着火点是，无毒；白磷的着火点是，有剧毒）。比较图甲、图乙的实验方案，下列关于图乙实验方案叙述正确的是 。
A．利用着火点更低的白磷并采用加热后的玻璃棒“内引燃”，建立封闭空间使实验结果更精准
B．可以解决图甲方案中一部分水滞留在导管中带来的误差问题
C．改用量筒内水的体积变化来确定消耗氧气的体积，使测量结果更精准
D．彻底地解决了实验的安全性问题，符合绿色化学理念
（3）[问题反思]小组同学多次实验，测量值总是小于五分之一。经过老师指导，小组同学讨论后认为可以从模型中“消耗氧气”的方法入手给实验做进一步改进。
[资料]暖宝宝是利用铁粉在空气中氧化的原理制成。
[方案迭代]讨论后，项目组设计了如图丙所示的装置，用暖宝宝粉代替红磷，利用铁粉在空气中氧化的原理进行实验。操作步骤如下：①将滤纸用水浸润后黏附在针筒内壁；
②把暖宝宝粉倒入针筒，轻轻转动，使涂抹均匀；
③涂上凡士林，将活塞插入针筒，盖上橡皮帽，观察并记录活塞移动情况。实验过程中利用传感器测得甲、丙两个实验中氧气的体积分数随时间变化如图丁所示。结合图丁从消耗氧气的方法角度分析，图丙方案比图甲方案测定结果更精准的原因是 。
[心得交流]科学探究需要不断根据结果反思探究过程，优化方案，实现方案的迭代更新。
【答案】 乙 ABC 用暖宝宝能更充分消耗氧气（合理即可）
【详解】（1）甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽，测量结果偏小，低于“1”刻度线；
乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出，集气瓶的气压偏小，倒流到集气瓶内水量偏多，高于“1”刻度线；
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，测量结果偏小，低于“1”刻度线；
丁：由于广口瓶的形状造成很难均分五等份，影响测量结果，可能使测量结果偏小，低于“1”刻度线。
以上原因分析中，乙同学的观点被大家一致否定；
（2）A、利用着火点更低的白磷并采用加热后的玻璃棒“内引燃”，建立封闭空间使实验避免实验过程中气体逸出，结果更精准，正确；
B、由于集气瓶内导管插入水，可以解决图甲方案中一部分水滞留在导管中带来的误差问题，正确；
C、量筒测量水体积准确度高于集气瓶五等分测量水体积，改用量筒内水的体积变化来确定消耗氧气的体积，使测量结果更精准，正确；
D、根据题意可知，白磷剧毒，实验过程中白磷是过量的，没有彻底地解决了实验的安全性问题，错误。
故选ABC；
（3）从消耗氧气的方法角度分析，图丙方案比图甲方案测定结果更精准的原因是用暖宝宝能更充分消耗氧气（合理即可）。
题组B 拓展培优提分练
16．暖宝宝中有铁粉等物质，遇氧气温度升高。小红用压强、氧气浓度和温度三种数字传感器画出暖宝宝原料遇空气的数据变化图像，如图2，下列说法中不正确的是（ ）
A．Ⅰ为温度变化曲线
B．Ⅲ为氧气浓度变化曲线
C．Ⅰ和Ⅱ开始增大是因为铁发生氧化反应放热
D．暖宝宝原料足量时，瓶内压强可降至0
【答案】D
【分析】通过题中信息可知，暖宝宝原料主要成分为铁粉和碳粉，滴加几滴水后，暖宝宝中的物质发生缓慢氧化，消耗氧气，使氧气浓度降低，会导致容器内气压减小；但缓慢氧化会放出热量，使容器内气体受热膨胀，容器内气压增大，而放热时使气压增大的幅度要大于因氧气消耗而使气压减小的幅度，故在放热过程中容器内气压呈上升趋势，但当反应完成后，温度冷却至室温，容器内气压会低于原来的气压。由于反应消耗了氧气，所以氧气的浓度呈一直下降的趋势；反应过程放出大量热量，温度升高，待反应结束后，设备恢复到室温。
【详解】A、铁进行氧化反应放热，容器内温度升高，反应结束后，温度逐渐恢复到室温。曲线Ⅰ中，反应前后数值相等，为温度变化曲线，选项说法正确，不符合题意；
B、由于反应消耗了氧气，所以氧气的浓度呈一直下降的趋势，Ⅲ为氧气浓度变化曲线，选项说法正确，不符合题意；
C、根据分析可知，曲线Ⅰ是温度变化曲线、曲线Ⅱ是压强变化曲线；曲线Ⅰ、Ⅱ开始上升是因为铁缓慢氧化放热所致，选项说法正确，不符合题意；
D、如果暖宝宝原料足量，压强不能降至0，是因为容器内还有不能被消耗氮气、稀有气体等气体，说法错误，符合题意。
故选D。
17．为了测定能使带火星的木条复燃时氧气的最低含量是多少，他们设计的实验方案是先将氧气和空气按不同的体积比收集在集气瓶里，收集气体的装置如下图。收集气体的方法是：在100 mL集气瓶里装满水，塞紧胶塞并关闭活塞b，打开活塞a通入氧气，把瓶里的水排入量筒，当量筒内的水达到设定的体积后立即关闭活塞a，然后打开活塞b通入空气，把瓶里的水全部排入量筒。若要收集一瓶含氧气的体积分数约为60%的气体，则通入氧气的体积和通入空气的体积约是（ ）
A．40 mL和60 mL B．60 mL和40 mL C．50 mL和50 mL D．20 mL和80mL
【答案】C
【详解】试题分析：本题有一定难度，还需考虑空气中也有氧气，氧气约占空气总体积的五分之一。设通入氧气后量筒内水的体积为x，
[x+（100mL-x）×1/5]/100mL×100%═60%
解得x═50mL，
故选C。
考点：空气的成分及成分的体积分数。
点评：解决此题容易将空气中氧气给忽略。
18．兴趣小组的同学用如图所示的装置改进了课本上测量氧气体积分数的实验。其中A是带有盖子的圆柱形玻璃容器，B为辅助装置。a、b为电热板，通电后可以给上面的物体加热。
(1)在读取A装置的水位前，可以上下移动B装置，直到两装置液面相平，这样可以使A装置内的气压等于外界气压，减少误差，所以B装置的上端是（ ）（填字母）；
A．敞口的 B．密闭的 C．敞口密闭都可以
(2)由于没有红磷，小组同学用足量的镁条代替红磷，放在电热板上，加热燃烧后发现测出氧气的体积分数远远偏 ，查阅资料后得知镁点燃时既可以和氧气反应生成MgO（固体），又可以和氮气反应生成Mg3N2（固体）；
(3)小组同学找来铜粉放在加热板a上，加热板b上放镁条（a、b相互独立，加热点燃互不影响）。初始时水位在15cm处，先给a通电加热铜粉，一段时间后读出水位为13cm，再给b通电点燃镁条，一段时间后读出水位为4cm，他们测出了瓶内氧气和氮气的体积分数，其中氮气的体积分数为 ；
(4)有人提出上述操作中先点燃镁条再加热铜粉对实验结果没有影响，你怎么看 。
【答案】(1)A
(2) 大 (3)60%
(4)先点燃Mg会同时消耗氧气和氮气
【详解】（1）在读取A装置的水位前，可以上下移动B装置，直到两装置液面相平，这样可以使A装置内的气压等于外界气压，减少误差，所以B装置的上端是敞口的，让B上方与大气直接接触，故选A；
（2）用足量的镁条代替红磷，放在电热板上，由于镁条与氧气和氮气都能反应，因此加热燃烧后发现测出氧气的体积分数远远偏大；
氮气和镁条在点燃的条件下反应生成氮化镁，则反应的化学方程式为：；
（3）设圆柱形玻璃容器的横截面积为S，
根据题意可知，初始时水位在15cm处，则装置内空气体积为15cm×S；
放入铜粉消耗其中的氧气，则装置内氮气的体积为：（13cm-4cm）×S；
则氮气的体积分数为：；
（4）先点燃Mg会同时消耗氧气和氮气，会导致测量结果出现误差，所以此人的观点错误。
19．空气是人类赖以生存的宝贵资源，空气成分的发现其实经历了很长时间的研究，了解空气相关知识后，我们要学会保护空气，保卫蓝天。
(1)空气中气体含量排第三位的气体名称是 。
(2)空气成分的测定：①现在我们可以利用图甲装置测定空气中氧气的含量并结合现代传感器技术，测得过程中容器内气体压强、温度、氧气浓度的变化趋势如图乙所示。
t2时打开止水夹，最终集气瓶中水平面大约上升至刻度 处。结合曲线，解释AB段气体压强变化的原因是 。
(3)图丙是某地PM2.5来源分布图。据此，下列措施对减少PM2.5效果最不明显的是（ ）
A．减少汽车的数量
B．用风能与太阳能发电替代燃煤发电
C．减少工业生产中二氧化碳的排放
(4)实验反思与再探究：
【实验探究1】利用红磷测定空气中氧气含量时，使用氧气浓度传感器测得反应后装置内氧气浓度为8.85%，实验误差比较大，于是小明利用铁丝生锈的实验（装置如下图1）测定氧气含量，通过7天测得的数据计算空气中氧气的含量为19.13%。
【交流与讨论】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点是：
【实验探究2】探究1实验时间较长，为了加快反应速率，小明通过查阅资料，利用铁粉、碳粉、氯化钠等物质又进行了实验（装置如下图2），8分钟后测得的数据如表：
实验前的体积 实验后的体积
集气瓶内空气 烧杯内蒸馏水 烧杯内剩余蒸馏水
131mL 90.0mL 63.6mL
请计算出空气中氧气含量 （计算结果保留一位小数）
(5)通过上述几个测定空气中氧气含量的实验可以看出，选择 （填物质名称）进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差。
【答案】(1)稀有气体
(2) 1 红磷燃烧放热温度升高，压强增大，同时消耗氧气，使气压减小，AB段燃烧放热造成的压强增大强于氧气减少造成的压强减小，总体表现为压强增大
(3)C
(4) 铁丝生锈能更充分地消耗氧气，使测定结果更准确 20.2%
(5)铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水
【详解】（1）空气的成分按体积计算，大约 是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化 碳0.03%、其他气体和杂质0.03%；空气中气体含量排第三位的气体名称是稀有气体；
（2）红磷燃烧消耗氧气，氧气约占空气体积的，所以t2时打开止水夹，最终集气瓶中水平面大约上升至刻度1处；AB段气体压强变化的原因是红磷燃烧放热温度升高，压强增大，同时消耗氧气，使气压减小，AB段燃烧放热造成的压强增大强于氧气减少造成的压强减小，总体表现为压强增大；
（3）A、减少汽车数量，可减少汽车尾气排放，从而减少PM2.5，有明显效果，不符合题意；
B、用风能与太阳能发电替代燃煤发电，可减少因燃煤产生的PM2.5，有明显效果，符合题意；
C：减少工业生产中二氧化碳的排放，二氧化碳不是PM2.5的成分，对减少PM2.5效果最不明显。
故选 C。
（4）与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点是：铁丝生锈能更充分地消耗氧气，使测定结果更准确，因为红磷燃烧不能将氧气完全耗尽，而铁丝生锈可以更彻底地消耗氧气；
进入集气瓶内水的体积就是消耗氧气的体积，消耗氧气的体积为90.0mL 63.6mL=26.4mL，则空气中氧气含量为。
（5）通过上述几个测定空气中氧气含量的实验可以看出，选择铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水的混合物进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差。因为该混合物生锈比铁丝生锈速度快，且能更充分地消耗氧气。
20．科学小组开展“测定空气中氧气含量”的课外实践研究，通过改进教材实验装置使实验步骤少且更环保，实验步骤如下。
步骤Ⅰ.按改进后的实验图连接装置并检查装置气密性：将注射器b的活塞推至底端，注射器a的活塞静止时处于20mL，再将活塞a向左拉一段距离后松手，观察到_______，证明装置气密性良好。（活塞与内壁间的摩擦忽略不计）
步骤Ⅱ.向玻璃管中加入红磷，点燃酒精灯，交替推拉两个注射器。
实验前 实验后
a中气体体积/mL 20 10.5
b中气体体积/mL 0 0
请回答下列问题：
(1)补充Ⅰ中的内容： 。
(2)该实验中能否利用木炭燃烧测定空气中氧气含量，并说明理由 。
(3)已知玻璃管中空气体积是30mL，根据表格中的数据计算空气中氧气的体积分数 。
(4)若计算结果偏小，可能的原因是 。
【答案】(1)活塞 a 会回到原位置
(2)木炭燃烧生成二氧化碳气体，虽然消耗了氧气，但生成的二氧化碳气体占据了氧气的空间，使装置内压强变化不大，无法通过压强差来测定空气中氧气含量
(3)19%
(4)红磷量不足/装置漏气/未冷却至室温就读数
【详解】（1）活塞 a 回到原位置。因为将注射器 b 的活塞推至底端，注射器 a 的活塞静止时处于20mL，再将活塞 a 向左拉一段距离后松手，若装置气密性良好，由于装置内气压作用，活塞 a 会回到原位置；
（2）木炭燃烧生成二氧化碳气体，虽然消耗了氧气，但生成的二氧化碳气体占据了氧气的空间，使装置内压强变化不大，无法通过压强差来测定空气中氧气含量；
（3）反应前玻璃管和注射器 a 内空气总体积为30mL+20mL=50mL，反应后注射器 a 内剩余气体体积为10.5mL，则消耗氧气的体积为20mL 10.5mL=9.5mL。 所以空气中氧气的体积分数为；
（4）计算结果偏小，可能的原因是①红磷量不足，导致氧气没有被完全消耗；②装置漏气，使外界空气进入装置，导致压强差减小；③未冷却至室温就读数，此时气体受热膨胀，使进入注射器 a 内水的体积偏小，从而导致计算结果偏小。
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2025-2026学年浙教版（新教材）八年级下册培优讲义
第一章 我们呼吸的空气
1.1.1 空气的成分
思维导图
知识要点精讲
知识要点1
空气中氧气的含量
拉瓦锡定量研究空气成分实验：
实验原理：汞+氧气 氧化汞； 氧化汞 汞+氧气
；
（2）实验步骤：
①将一定量的汞放在一个曲颈甑中，再将曲颈甑与一个钟罩相连，钟罩内是空气，且钟罩倒扣在水银槽里；
②持续加热曲颈甑中的汞12天，发现一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时钟罩内的液面上升，说明钟罩内的气体体积减少；
③停止加热，冷却后，将生成的红色粉末收集起来，放在另一容器中加强热，得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于之前钟罩内减少的气体体积。
（3）实验装置：
（4）实验结论：
①空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5；
②氧气能支持燃烧和呼吸，氮气不支持燃烧，也不能供给呼吸。
测定空气中氧气含量的实验：
（1）实验原理：红磷（或白磷）在密闭容器中燃烧，消耗氧气生成固体五氧化二磷，使容器内压强减小，水被吸入容器，吸入水的体积约等于空气中氧气的体积。
表达式如下：
（2）实验过程：
①仪器与药品：集气瓶、燃烧匙、橡皮塞、导管、烧杯、红磷（足量）、水
②反应装置：
③实验步骤：
Ⅰ.检查装置气密性：将集气瓶装满水，用带有燃烧匙和导管的橡皮塞塞紧瓶口，导管另一端放入盛有水的烧杯中，用手捂住集气瓶，观察烧杯中导管口是否有气泡冒出，松手后导管内是否形成一段稳定的水柱，若有，则装置气密性良好。
Ⅱ.在集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分为5等份，做好标记。
Ⅲ.用燃烧匙取足量红磷，在酒精灯上点燃，迅速伸入集气瓶中，立即塞紧橡皮塞，观察红磷燃烧的现象。
Ⅳ.待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹（或松开导管上的止水夹），观察烧杯中的水进入集气瓶的情况，并记录进入水的体积占集气瓶内原空气体积的比例。
④实验现象：红磷燃烧时产生大量白烟，放出热量；冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的1/5。
（3）实验结论：红磷燃烧时产生大量白烟，放出热量；冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的1/5。
（4）实验注意事项：
①进行氧气含量测定实验时，红磷必须足量，以保证将集气瓶内的氧气完全消耗。
②点燃的红磷要迅速伸入集气瓶并塞紧橡皮塞，防止集气瓶内空气受热逸出，影响实验结果。
③实验结束后，必须待集气瓶冷却至室温再打开弹簧夹，否则气体受热膨胀，会导致测量结果偏小。
（5）问题与讨论：
①能否用木炭或硫代替红磷测定空气中氧气的含量？为什么？
答：不能。因为木炭燃烧生成二氧化碳气体，硫燃烧生成二氧化硫气体，虽然消耗了氧气，但生成了新的气体，集气瓶内压强变化不大，水不能进入或进入的体积很少，无法准确测定氧气的含量。若要使用木炭或硫，需要在集气瓶中预先加入能吸收生成气体的溶液，如氢氧化钠溶液吸收二氧化碳和二氧化硫，但操作相对复杂，因此通常选用红磷。
②实验中集气瓶底部为什么要放少量水？
答：一是吸收红磷燃烧生成的五氧化二磷，防止其污染空气（五氧化二磷有毒且易溶于水）；二是吸收热量，使集气瓶快速冷却至室温，缩短实验时间。
③误差分析，若实验结果偏小，可能的原因有哪些？若结果偏大，可能的原因又是哪些？
答：若实验结果偏小，可能原因有：红磷量不足，未完全消耗氧气；装置气密性不好，有空气进入；未冷却至室温就打开弹簧夹，气体膨胀导致进入水的体积偏小等。若结果偏大，可能是燃烧匙伸入集气瓶过慢，导致部分空气受热逸出。
④该实验有那些缺陷？应该怎样优化该实验使结果更准确？
该实验的缺陷：燃烧不能耗尽装置内所有的氧气；点燃红磷需要打开装置，在外部点燃后再放入装置。改进实验如下：
图①可以通过凸透镜聚光点燃集气瓶内的白磷，避免空气污染；图②～⑥都是在装置内点燃红磷或白磷，且容器有精确的刻度，能更精确测得空气中氧气的体积。(注：图⑥中，金属梯由不活泼金属丝制成，在凸起的部分放上小块白磷，依靠凸透镜聚光加热使得白磷从下到上依次燃烧，该方法相对大块白磷的优点是缓慢燃烧，能充分消耗试管内的氧气)。
知识要点2
空气各成分及其体积分数
空气是重要的自然资源——各成分的利用
氧气：分为医用氧和工业氧，医用氧用于治病救人，工业氧用于生产和产品加工；另外可供给动植物呼吸，产生能量；也可助燃，其中氧炔焰可用来切割焊接金属。
氮气：制造硝酸、炸药、氮肥的重要原料；做保护气，灯泡中充氮气可延长使用寿命；做食品保鲜剂，食品包装时充氮气可以防腐、保鲜；做冷冻剂，医疗上常用液氮冷冻麻醉或冷藏入体细胞组织等。
稀有气体：常用作保护气；在焊接金属时用于隔绝空气；做霓虹灯、闪光灯、航标灯(因为稀有气体通电能发出不同颜色的光)；用于激光技术；制造低温环境(氦气)；用于医疗麻醉(氙气)等。
经典例题精讲
【典例1】空气的成分：①氧气；②氮气；③二氧化碳；④稀有气体。按体积分数由大到小的顺序排列正确的是（ ）
①②③④ B．②①③④ C．③④①② D．②①④③
【典例2】下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．空气中含有少量稀有气体，它们可以制成多种用途的电光源
B．空气中分离出的氮气化学性质不活泼，食品包装中充氮气可以防腐
C．空气中的氧气化学性质比较活泼，在一定条件能与许多物质发生反应
D．按质量计算，空气中约含氮气78%、氧气21%、稀有气体等成分1%
【典例3】空气是一种宝贵的自然资源，人类可以从这种自然资源中获取多种有用的气体。下列说法中不正确的是（ ）
A．法国化学家拉瓦锡最先发现空气由氧气和氮气组成的，并且他测出了氧气约占空气总体积 1/5 的结论
B．空气中含有较多的氮气和氧气，工业上制取氧气和氮气时利用氮气和氧气的熔点不同，将它们从空气中逐次分离出来，该过程是物理变化
C．氮气占空气的体积分数约是 78%，氮气化学性质非常不活泼，可以用作保护气，氮气不支持燃烧，所以也常用氮气做灭火剂
D．稀有气体化学性质不活泼，常用作保护气，可以用来制作各种用途的电光源，其中氦气还可以用于医疗麻醉
【典例4】某校兴趣小组同学在课题组老师的指导下，将教材中“测定空气中氧气含量”的实验装置（如图甲所示）改进为新的实验装置（如图乙所示），改进后的实验装置相对于原装置，以下评价不恰当的是
A．反应容器容积小，药品消耗少
B．装置简洁，减少了甲装置中导管引起的误差
C．白磷比红磷的着火点高，使用更安全
D．容器内径相等，易准确推算出空气中氧气的含量
【典例5】某校科学兴趣小组就空气中氧气的含量进行实验探究：
【集体讨论】：
（1）讨论后同学们认为，选择的药品既要能消耗氧气，又不会跟空气中的其它成分反应，而且生成物为固体。他们应该选择( )
A．蜡烛 B．红磷 C．木炭
为了充分消耗容器中的氧气，药品的用量应保证 。写出红磷燃烧的文字表达式 。
（2）小组同学共同设计了如图所示的两套装置，你认为合理的是（填编号） 。为了确保实验的成功，在装药品之前应该 。
【分组实验】：在讨论的基础上，他们分组进行了实验。
【数据分析】：实验结束后，整理数据如下：（注：集气瓶容积为100mL）
组 别 1 2 3 4 5 6
进入集气瓶中水的体积（mL） 20 21 19 20 22 18
（3）通过对实验结果的交流，大多数同学都验证出氧气约占空气体积的 。通过实验还可以推断集气瓶中剩余气体的物理性质是 。
【实验拓展】：
（4）已知镁在空气中燃烧可分别与氧气和氮气反应，都生成固体物质，此实验中镁（填“能”或“不能”） （填“能”或“不能”）代替红磷，其原因是 。
【典例6】某同学利用白磷燃烧测定空气中氧气的含量（如图所示），选用50mL的试管作反应容器和量程体积足够大且润滑效果很好的针筒注射器，将足量的白磷放入试管后，用橡皮塞塞紧试管并夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束后等到试管冷却后松开弹簧夹，观察现象。
（1）正式开始实验前，该兴趣小组同学打开弹簧夹，将注射器活塞从20mL刻度处推至17mL处，然后松开活塞观察到活塞返回至20mL刻度处，该操作的主要目的是 。
（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，中间的连接管内空气体积忽略不计，若实验成功，可观察到活塞前缘最终停留在 mL刻度处。
【拓展延伸】为了帮助同学们更好地理解测定氧气含量的实验原理，老师利用传感器技术定时测定了实验装置（如图1）内的压强、温度和氧气浓度，三条曲线变化趋势如图2所示。
（3）X曲线表示压强变化趋势，Y曲线表示 。
（4）结合Y、Z两条曲线，解释图2中AB段压强变化的原因是 。
【典例7】某兴趣小组对“测定空气里氧气的含量”实验展开了学习和探究。
(1)经典回顾：二百多年前，法国化学家拉瓦锡用如图装置研究了空气的成分。拉瓦锡得出了空气是由氮气和氧气组成的结论，由此可知，从物质类别角度分析，空气属于混合物或纯净物中的 。
(2)原理分析：该实验利用氧气和空气中其他气体性质的差异，借助化学反应，将空气中的 除去，从而达到物质分离。再利用密闭体系中压强的变化，借助进入容器内液体的体积，将间接量转化为可视的数据，进而通过分析得出结论。
(3)反思交流：拉瓦锡实验中选择使用汞进行实验，其原因不包括（ ）
A．汞蒸气有毒
B．反应生成的氧化汞是固态
C．加热时汞只与空气中的氧气反应
习题精练
题组A 夯实基础过关练
1．空气中体积分数占21%的气体是（ ）
A．氧气 B．氮气
C．二氧化碳 D．水蒸气
2．下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．空气是一种十分重要的天然资源
B．少量有害气体进入空气中，依靠大自然的自净能力，空气仍能保持洁净
C．按质量计算，空气中约含氮气78%，氧气21%，其他气体和杂质约占1%
D．空气中的稀有气体一般不跟其他物质反应，曾被称为“惰性气体”
3．要除去密闭容器中的氧气，得到较纯净的氮气，可用燃烧除氧气的方法，下列物质中可选用的是（ ）
A．铁 B．木炭 C．红磷 D．蜡烛
4．“天宫一号”是我国首个太空实验室，宇航员进入“天宫一号”可以不用穿宇航服，因为在“天宫一号”的实验仓内充有“人造空气”，这种空气含有体积分数为70%的氮气、20%以上的氧气、还有二氧化碳。以下关于“人造空气”的说法正确的是（ ）
A．“人造空气”是一种化合物
B．“人造空气”中的氮气含量比空气中的氮气含量高
C．“人造空气”中的氧气和空气中的氧气化学性质相同
D．氮气不能供给宇航员呼吸，因此“人造空气”中的氮气是多余的
5．如图是某同学设计的验证氧气约占空气总体积的实验装置图．下列操作过程对实验结果的影响说法正确的是（ ）
A．弹簧夹没夹紧会导致实验结果偏小
B．燃烧匙内盛放过量的红磷会导致实验结果偏大
C．没等装置冷却就打开弹簧夹会导致实验结果偏大
D．点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞会导致实验结果偏大
6．研究物质要抓住一条主线：结构决定性质，性质决定用途。下列有关物质的性质及其相关用途的叙述，正确的是（ ）
①氧气能供给呼吸，登山、潜水时宜携带氧气
②液态氮在汽化时需吸收大量的热，因此可用作冷冻剂
③鱼能在水中生存说明氧气易溶于水
④氖气通电后发红光，可用于制测电笔
A．①②④ B．①③④
C．②③④ D．①②③④
7．在生产和科学研究中需要用到一些保护气。当焊接金属时，为了隔绝空气，能作为保护气的是（ ）
A．氢气、氮气
B．氮气、氧气
C．二氧化碳、一氧化碳
D．氮气、氩气
8．空气是一种 物。法国科学家 首先通过实验得出了空气是由 和 组成。以后各种实验测定表明，空气中各成分的体积大约是：氮气 ，氧气 ，稀有气体 ，二氧化碳 、其余气体和杂质 。在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对 。
9．现有①氧气；②二氧化碳；③氮气；④稀有气体四种物质，请用上述物质的序号填空：空气是一种重要的自然资源，空气中的各种成分可以广泛应用于生产和生活中，其中约 占空气体积的78%，是工业上生产硝酸和化肥的重要原料；人类维持生命不可缺少的气体是 ，燃烧也离不开它； 虽然几乎不与任何物质发生化学反应，但是也有很广泛的用途，如制造电光源等； 是植物进行光合作用不可缺少的物质。
10．如图装置所示，将钟罩放入盛水的水槽中，以水面为基准线，将钟罩水面以上容积分为5等份。在燃烧匙内盛过量红磷，用酒精灯点燃后，立即插入钟罩内，塞紧橡皮塞。请问：
（1）燃烧停止，过一会，钟罩内的水面 。
（2）该实验可得出关于空气成分的结论是 。
11．科学兴趣小组构建了测量空气中氧气的体积分数的思维模型，并利用下图所示装置完成氧气含量的测定。
（1）小科在瓶内加入少量水并将上方空间分为五等分，根据思维模型，接下来的实验操作顺序是 （填序号）。
①冷却到室温 ②止水夹夹紧橡皮管
③点燃红磷，伸入瓶中并塞紧橡皮塞 ④打开止水夹
（2）实验中不能用木炭代替红磷，从建模角度分析，主要是因为无法准确实现上述思维模型中的第 个环节，不能实现的原因是 。
（3）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于容积的1/5，则导致这一结果的原因可能是 （写出一点）。
12．1774年10月，拉瓦锡利用如图装置研究空气的成分，曲颈瓶和玻璃钟罩内都为汞，最终他确认了一种新气体，并正式命名为“氧气”。通过实验拉瓦锡彻底地推翻了燃素说，并建立了科学的燃烧学说。科学史再现：如图所示，调节玻璃钟罩与汞槽中的汞液面相平，做好标记，测得玻璃钟罩内约有36体积的空气，曲颈瓶内约14体积空气。精确记录装置内温度和气压，点燃火炉加热装置，约12天判断已经完全反应熄灭火炉，曲颈瓶中出现了红色的固体。让器皿冷却至初始温度，移动钟罩使罩内汞液面再次和汞槽中液面相平，测得装置总剩余气体为43体积。已知汞为银白色液体，氧化汞为红色固体。请分析回答下列问题：
（1）写出反应的文字表达式： 。
（2）判断拉瓦锡实验中汞和氧气已完全反应的依据是 。
（3）在拉瓦锡实验中，汞槽中汞的作用是 （写出一点）。
（4）拉瓦锡实验测得的空气中氧气的体积分数约为 。
13．某科学兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”的实验（见图甲）进行了大胆改进，设计图乙（选用容积为45毫升的18×180毫米的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果。请你对比分析图甲、图乙实验，回答下列有关问题：
（1）图甲实验中红磷燃烧的实验现象是 ，等A瓶冷却后打开止水夹，现象为 。
（2）图乙实验的操作步骤如下：
①点燃酒精灯；
②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；
③将少量红磷平装入试管中，将20毫升的注射器活塞置于10毫升刻度处，并按图乙中所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧橡皮管；
④读取注射器活塞的数据。
你认为正确的实验操作顺序是 （填序号）。
（3）图乙实验中，注射器活塞将从10毫升刻度处慢慢前移到约为 毫升刻度处才停止。
（4）和图甲实验对比，图乙实验的装置有何优点？ （回答一点即可）。
14．小高同学按照课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图1所示），但测出的氧气的体积分数明显小于1/5。他对课本上的实验装置进行了图2所示的改进（其他仪器忽略）。小丁同学提出应把图2红磷换为白磷，理由是 。拉瓦锡测出的氧气约占空气总体积的1/5，而我们在做图1的实验时，即使红磷足量、操作正确，气体减少的体积往往小于1/5。为什么呢？小高联想到铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中可以燃烧的事实，分析得出原因是 。
15．（23-24八年级下·浙江杭州·期末）测量空气中氧气体积分数实验的思维模型如下：封闭空间—消耗氧气—气压减小—观察现象。项目化学习小组按图甲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。为提高氧气含量测定的精准度，展开了如下研究。
[误差分析]几位同学对测量值偏小原因的分析如下：
甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽；
乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出；
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；
丁：由于广口瓶的形状造成很难均分五等份，影响测量结果；
（1）以上原因分析中，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是 （选填“甲”“乙”“丙”或“丁”）的观点。
（2）[方案改进]根据以上讨论，为减少实验误差，提高实验结果的精准度，学习小组同学设计了图乙改进装置（已知：红磷的着火点是，无毒；白磷的着火点是，有剧毒）。比较图甲、图乙的实验方案，下列关于图乙实验方案叙述正确的是 。
A．利用着火点更低的白磷并采用加热后的玻璃棒“内引燃”，建立封闭空间使实验结果更精准
B．可以解决图甲方案中一部分水滞留在导管中带来的误差问题
C．改用量筒内水的体积变化来确定消耗氧气的体积，使测量结果更精准
D．彻底地解决了实验的安全性问题，符合绿色化学理念
（3）[问题反思]小组同学多次实验，测量值总是小于五分之一。经过老师指导，小组同学讨论后认为可以从模型中“消耗氧气”的方法入手给实验做进一步改进。
[资料]暖宝宝是利用铁粉在空气中氧化的原理制成。
[方案迭代]讨论后，项目组设计了如图丙所示的装置，用暖宝宝粉代替红磷，利用铁粉在空气中氧化的原理进行实验。操作步骤如下：①将滤纸用水浸润后黏附在针筒内壁；
②把暖宝宝粉倒入针筒，轻轻转动，使涂抹均匀；
③涂上凡士林，将活塞插入针筒，盖上橡皮帽，观察并记录活塞移动情况。实验过程中利用传感器测得甲、丙两个实验中氧气的体积分数随时间变化如图丁所示。结合图丁从消耗氧气的方法角度分析，图丙方案比图甲方案测定结果更精准的原因是 。
[心得交流]科学探究需要不断根据结果反思探究过程，优化方案，实现方案的迭代更新。
题组B 拓展培优提分练
16．暖宝宝中有铁粉等物质，遇氧气温度升高。小红用压强、氧气浓度和温度三种数字传感器画出暖宝宝原料遇空气的数据变化图像，如图2，下列说法中不正确的是（ ）
A．Ⅰ为温度变化曲线
B．Ⅲ为氧气浓度变化曲线
C．Ⅰ和Ⅱ开始增大是因为铁发生氧化反应放热
D．暖宝宝原料足量时，瓶内压强可降至0
17．为了测定能使带火星的木条复燃时氧气的最低含量是多少，他们设计的实验方案是先将氧气和空气按不同的体积比收集在集气瓶里，收集气体的装置如下图。收集气体的方法是：在100 mL集气瓶里装满水，塞紧胶塞并关闭活塞b，打开活塞a通入氧气，把瓶里的水排入量筒，当量筒内的水达到设定的体积后立即关闭活塞a，然后打开活塞b通入空气，把瓶里的水全部排入量筒。若要收集一瓶含氧气的体积分数约为60%的气体，则通入氧气的体积和通入空气的体积约是（ ）
A．40 mL和60 mL B．60 mL和40 mL C．50 mL和50 mL D．20 mL和80mL
18．兴趣小组的同学用如图所示的装置改进了课本上测量氧气体积分数的实验。其中A是带有盖子的圆柱形玻璃容器，B为辅助装置。a、b为电热板，通电后可以给上面的物体加热。
(1)在读取A装置的水位前，可以上下移动B装置，直到两装置液面相平，这样可以使A装置内的气压等于外界气压，减少误差，所以B装置的上端是（ ）（填字母）；
A．敞口的 B．密闭的 C．敞口密闭都可以
(2)由于没有红磷，小组同学用足量的镁条代替红磷，放在电热板上，加热燃烧后发现测出氧气的体积分数远远偏 ，查阅资料后得知镁点燃时既可以和氧气反应生成MgO（固体），又可以和氮气反应生成Mg3N2（固体）；
(3)小组同学找来铜粉放在加热板a上，加热板b上放镁条（a、b相互独立，加热点燃互不影响）。初始时水位在15cm处，先给a通电加热铜粉，一段时间后读出水位为13cm，再给b通电点燃镁条，一段时间后读出水位为4cm，他们测出了瓶内氧气和氮气的体积分数，其中氮气的体积分数为 ；
(4)有人提出上述操作中先点燃镁条再加热铜粉对实验结果没有影响，你怎么看 。
19．空气是人类赖以生存的宝贵资源，空气成分的发现其实经历了很长时间的研究，了解空气相关知识后，我们要学会保护空气，保卫蓝天。
(1)空气中气体含量排第三位的气体名称是 。
(2)空气成分的测定：①现在我们可以利用图甲装置测定空气中氧气的含量并结合现代传感器技术，测得过程中容器内气体压强、温度、氧气浓度的变化趋势如图乙所示。
t2时打开止水夹，最终集气瓶中水平面大约上升至刻度 处。结合曲线，解释AB段气体压强变化的原因是 。
(3)图丙是某地PM2.5来源分布图。据此，下列措施对减少PM2.5效果最不明显的是（ ）
A．减少汽车的数量
B．用风能与太阳能发电替代燃煤发电
C．减少工业生产中二氧化碳的排放
(4)实验反思与再探究：
【实验探究1】利用红磷测定空气中氧气含量时，使用氧气浓度传感器测得反应后装置内氧气浓度为8.85%，实验误差比较大，于是小明利用铁丝生锈的实验（装置如下图1）测定氧气含量，通过7天测得的数据计算空气中氧气的含量为19.13%。
【交流与讨论】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点是：
【实验探究2】探究1实验时间较长，为了加快反应速率，小明通过查阅资料，利用铁粉、碳粉、氯化钠等物质又进行了实验（装置如下图2），8分钟后测得的数据如表：
实验前的体积 实验后的体积
集气瓶内空气 烧杯内蒸馏水 烧杯内剩余蒸馏水
131mL 90.0mL 63.6mL
请计算出空气中氧气含量 （计算结果保留一位小数）
(5)通过上述几个测定空气中氧气含量的实验可以看出，选择 （填物质名称）进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差。
20．科学小组开展“测定空气中氧气含量”的课外实践研究，通过改进教材实验装置使实验步骤少且更环保，实验步骤如下。
步骤Ⅰ.按改进后的实验图连接装置并检查装置气密性：将注射器b的活塞推至底端，注射器a的活塞静止时处于20mL，再将活塞a向左拉一段距离后松手，观察到_______，证明装置气密性良好。（活塞与内壁间的摩擦忽略不计）
步骤Ⅱ.向玻璃管中加入红磷，点燃酒精灯，交替推拉两个注射器。
实验前 实验后
a中气体体积/mL 20 10.5
b中气体体积/mL 0 0
请回答下列问题：
(1)补充Ⅰ中的内容： 。
(2)该实验中能否利用木炭燃烧测定空气中氧气含量，并说明理由 。
(3)已知玻璃管中空气体积是30mL，根据表格中的数据计算空气中氧气的体积分数 。
(4)若计算结果偏小，可能的原因是 。
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