鲁教五四制 4.1空气的成分 学案（含解析）

第四单元 我们周围的空气
第一节 空气的成分
教材知识全解
知识点一 认识空气的组成
1.空气中各组分气体的体积分数
【特别说明】（1）空气的主要成分是氮气和氧气。
（2）各成分的含量是体积分数而不是质量分数。
（3）通常情况下空气中各组分的含量是相对稳定的，但随着人类活动的增加，使空气中有害气体和烟尘的含量不断升高，导致空气质量下降。空气质量状况随时间和地点的不同而有所不同。
例1（2018北京中考）空气成分中，体积分数最大的是（ ）
A氧气 B.氮气 C.二氧化碳 D.稀有气体
解析 空气的成分按体积计算，大约是氮气占78％、氧气占21％、稀有气体中的气占0.934％、二氧化碳占0.034％、其他气体占0.002％，因此体积分数最大的是氮气。答案B
2.测定空气中氧气的含量
实验
原理
在加热条件下，铜粉与空气中的氧气完全反应、生成固体氧化铜，而又不产生新的气体，从而使密闭容器内空气的体积减小减小的体积即空气中氧气的体积
实验
装置
实验
现象
（1）小气球开始膨胀、随后变瘪
（2）铜粉由亮红色变为黑色
文字
表达式
铜＋氧气氧化铜
实验
结论
氧气约占空气体积的1/5；铜粉在空气中加热变为黑色
注意
事项
（1）保证装置气密性良好（2）加入足量的铜粉
（3）待玻璃管冷却至室温时开始挤压气球
【知识拓展】其他常见方法与装置
图4-1-2中利用放大镜聚光的原理点燃红磷；
图4-1-3闭合开关，电阻丝发热引燃白磷；
图4-1-4是将铜丝首先灼烧至红热后，再伸入到试管中，并塞紧橡皮塞，利用红热的铜丝将白磷点燃；
图4-1-5是利用热水对集气瓶内的白磷加热直至燃烧；
图4-1-6将密闭容器内的白磷加热燃烧，待装置冷却后，根据注射器活塞的位置确定测量值。
例2（2019山东烟台中考）用如图4-1-7所示装置来测定空气中氧气的含量，对该实验认识错误的是（ ）
A.铜粉用量的多少，不会影响实验结果
B.实验结束后冷却到室温才能读数
C.气球的作用是调节气压，使氧气完全反应
D在正常操作情况下，反应结束后消耗氧气的总体积应该是反应前注射器内气体体积的1/5
解析 要准确测定空气中氧气的体积分数，只有使用的铜粉是足量的，才能全部消耗装置内空气中的氧气，A错；气体的体积受温度的影响，读数时必须等到装置冷却至室温再读，B正确；气球的作用是调节气压，以免装置受热膨胀导致实验失败，也使氧气完全反应，C正确；在正常操作情况下，反应结束后消耗氧气的总体积应该是反应前注射器内气体体积和硬质玻璃管中气体总体积的1/5，D错。
答案 AD
知识点二 空气是一种重要的资源
1.空气中各成分的分离
在工业上，通过降温加压使空气液化，然后加热液态空气，利用空气中氧气、氮气、氩气的沸点不同，使它们在不同温度下分别汽化，逐一从空气中分离出来。
【知识拓展】工业制氧气的方法
2.各组分气体的用途
性质
用途
氧气
支持燃烧
钢铁冶炼、焊接金属等
支持呼吸
供生物呼吸
氮气
化学性质稳定
保护气:食品包装袋内充入氮气延长食品的保质期
一定条件下能与其他物质发生反应
制取硝酸和氮肥
汽化吸热
作制冷剂，如冷藏血液
稀有气体（包括氦、氖、氩、氪、氙、氡）
在通常条件下几乎不与任何物质发生化学反应
保护气
通电时可以发出各种不同颜色的光
填充在灯管中，制造多种用途的电光源
例3（2019广东广州天河期末）下列有关空气的说法正确的是（ ）
A.空气中的稀有气体没有任何用途
B.空气中含量最多的是氧元素
C.可直接从空气中分离出用作清洁燃料的氢气
D.空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等分子
解析 稀有气体在工业生产和科学实验中有广泛的用途，如作保护气、作各种电光源，A错误；空气中各成分及体积分数为:氮气约78％、氧气约21％、稀有气体中氩气约0.934％、二氧化碳约0.034％、其他气体约0.002％，所以说空气中含量最多的元素是氮元素，B错误；氢气的密度最小，具有可燃性，可作高能燃料，但空气中氢气的含量极少，因此不能直接从空气中分离得到，C错误；空气是由氮气、氧气和二氧化碳等气体构成的混合物，而这些气体均由分子构成，D正确。
答案 D
知识点三 关注空气质量
1.空气污染物
空气污染物
主要来源
有害
气体
二氧化硫
燃烧煤等燃料、硫酸厂排放的尾气等
二氧化氮
机动车辆等排放的废气等
一氧化碳
煤、石油等燃料的不完全燃烧、机动车辆排放的尾气等
烟尘
可吸入颗粒物
地面扬尘、燃煤排放的粉尘等
2.空气污染的危害
（1）损害人体健康；（2）影响植物生长；（3）损坏地面设施，破坏文物古迹等。
3.提高空气质量
（1）将煤气化、液化后再燃烧。
（2）对煤进行脱硫处理，工厂的废气经过处理后再排放。
（3）开发新能源，如太阳能、风能、地热能等。
（4）大力开展植树造林活动，提高环境自我净化能力。
4.空气质量报告
空气质量报告的主要内容包括“空气污染指数”“首要污染物”“空气质量级别”“空气质量状况”等。根据我国空气污染的特点和防治重点，目前计入空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括:二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物和臭氧等。不同地区的首要污染物有所不同。
【知识拓展】PM2.5
细颗粒物又称细粒细颗粒PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径不超过2.5pm的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
例4 随着雾霾天气的频繁出现，人们对空气质量的关注越来越高了。有关部门通过各种媒体向社会发布空气质量报告，以提高公民环保意识。
（1）下列属于空气质量报告中的主要内容有_______（填选项字母，下同）。
①首要污染物 ②空气污染指数 ③空气质量状况 ④空气质量级别
A.①② B.②③ C.①②④ D.①②③④
（2）空气质量报告中，计入空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括___________。
①总悬浮颗粒物 ②臭氧 ③二氧化碳 ④一氧化碳 ⑤可吸入颗粒物 ⑥二氧化硫⑦稀有气体 ⑧氮的氧化物（二氧化氮等）
A.①②④⑥⑦ B.①②④⑤⑥⑧ C.①④⑤⑥⑧ D.①②③④⑥
（3）PM2.5是指大气中直径不超过2.5μm的可吸入颗粒物，也称为可入肺颗粒物，对人体健康和大气环境质量的影响很大。下列措施对PM2.5的治理能起到积极作用的是______________。
①城市增加楼顶绿化 ②加强建筑工地、道路扬尘监管 ③发展城市公共轨道交通 ④严厉查处焚烧垃圾、秸秆等行为
A.①② B.①②③ C.①③④ D.①②③④
解析 （1）空气质量报告的主要内容包括:空气污染指数、首要污染物、空气质量级别、空气质量状况等。（2）目前计入空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括:二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物和臭氧等。（3）PM2.5是指大气中直径不超过2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。对PM2.5的治理即为了减少可吸入颗粒物的排放，①、②、③、④均符合题意。
答案 （1）D （2）B （3）D
基础闯关全练
知识点一 认识空气的组成
1.（2018山东临沂经济开发区期中）空气中含量较多、且化学性质不活泼的是（ ）
A氮气 B.氧气 C.二氧化碳 D水蒸气
2下列四种气体，按体积分数计算，在空气中含量从大到小的排列为（ ）
①氢气 ②氮气 ③氧气 ④二氧化碳
A.①③②④ B.②①④ C.①④③② D.①②③④
3利用图4-1-1所示装置可测定空气中氧气的含量。
（1）实验现象为_________________________________。
（2）反应的文字表达式为__________________________________________。
（3）给足量的铜加热，充分反应后停止加热冷却至室温，注射器内气体的体积大约减少了_________。
（4）实验结论为___________________________________________________________________。
4.（2018山东临沂经济开发区期中）图4-1-2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
知识点二 空气是一种重要的资源
5.空气是一种宝贵的自然资源，下列气体不可直接从空气中分离获得的是（ ）
A.用作医疗急救的氧气 B.用作焊接保护气的稀有气体
C.用作食品防腐剂的氮气 D.用作清洁燃料的氢气
6.下列物质的用途主要由物理性质决定的是（ ）
A.镁粉用于制作照明弹 B.稀有气体用于电光源
C.液氧用于发射火箭 D.氮气用作焊接金属时的保护气
知识点三 关注空气质量
7.每年的6月5日是世界环境日。环境保护是我国的一项基本国策，空气的质量状况日益受到人们的关注。下列各种气体不属于空气污染物的是（ ）
A.二氧化硫 B.二氧化碳 C.一氧化碳 D.二氧化氮
8.空气是一种宝费的自然资源。下列措施中，不利于提高空气质量的是（ ）
A.开发新能源代替化石燃料 B.改进汽车尼气的净化技术
C.节假日燃放烟花爆竹 D.控制PM2.5的排放以减少雾霾天气
9.国家环境保护部门对外公布《环境空气质量标准》，将PM2.5作为评价项目纳入标准， PM2.5是指大气中直径不超过2.5μm的颗粒物。
（1）雾霾天气导致呼吸道病人增多，因为这种天气，空气中_______（填字母序号）大量增加。
A.二氧化碳 B.一氧化碳 C.可吸入颗粒物 D.二氧化硫
（2）防PM2.5专用口罩利用了活性炭的____________作用。
（3）请你提出一条防治空气污染的合理建议：_______________________________________________。
能力提升全练
知识点一 认识空气的组成
1.“人造空气”帮助人类实现了“太空漫步”的梦想，其中含有70％的N2、20％以上的O2、还有CO2等。下列说法正确的是（ ）
A.“人造空气”比空气中的氮气含量高
B.燃着的蜡烛在“人造空气”中会熄灭
C.可以利用反应2Cu＋O22CuO测定“人造空气”中O2的含量
D.“人造空气”若只含有O2会更有益于人的呼吸
2.在一个密闭容器中充满空气，经测定其中氮气的体积为100 mL，则其中氧气的体积约为（ ）
A.20.6mL B.35.2mL C.40.1mL D.26.9mL
3.某化学兴趣小组同学设计了如图4-1-3（选用容积为45 mL的18mm×180mm的试管作反应容器）所示的装置进行实验，收到了良好的效果。请回答下列有关问题：
实验（铁架台略去）中的操作步骤如下：①点燃酒精灯；②读取注射器活塞的数据；③红磷燃烧后撤去酒精灯待试管冷却后松开弹簧夹；④将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图4-1-3中所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧胶皮管。
（1）你认为正确的实验操作顺序是_____________（填序号）。
（2）实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约_______ mL刻度处才停止。
知识点二 空气是一种重要的资源
4.下列有关空气和氧气的叙述不正确的是（ ）
A.空气中的氮气是制造硝酸和氮肥的重要原料
B.空气中的稀有气体都没有颜色、没有气味，在通电时能发出不同颜色的光
C氧气可以支持燃烧，说明氧气具有可燃性
D.氧气能供给呼吸，它和体内物质反应，释放能量维持生命活动的需要
5.工业上制取氧气主要有下列步骤：
（1）从步骤②可以得出工业制氧气的原理是：氮气的沸点比氧气的沸点______（填“高”或“低”）。
（2）贮存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是________（填“纯净物”“混合物”）
知识点三 关注空气质量
6.2015年初关于空气污染探度调查的录片《穹顶之下》让人震撼、大气中PM2含量增高容易导致雾霾天气。下列关于“雾霾”的说法错误的是（ ）
A.倡导市民骑自行车、下班，减少雾霾
B.工业废气、汽车尾气是产生雾霾的主要原因
C.就地焚烧人量农作物结杆会加重雾霾
D.为了减少雾霾的危害，禁止使用化石燃料
7.PM2.5是指大气中直径不超过2.5微米的颗粒物，主要来自化学燃料的燃烧和扬尘，对人体健康和空气质量的影响最大。
（1）计入空气污染指数的项目中除了可吸入颗粒物外，还包括______（填序号）。
①CO ②CO2 ③SO2 ④NO2
（2）下列关于PM2.5的说法错误的是_______（填序号）。
①燃放烟花爆竹会产生PM2.5
②PM2.5是造成雾霾天气的“元凶”之一
③PM2.5的颗粒大小与分子大小差不多
④PM2.5专用口罩使用了活性炭，是利用了活性炭的吸附性
（3）频发的雾霾天气催热了防PM2.5专用口罩的网上销售，医生指导晨练爱好者雾霾天气最好待在家里，若要外出必须戴好口罩。常用的三种口罩过滤孔径如下：①普通16层纱布口罩在100微米左右；②单层无纺市口罩在10微米左右；③N95专业口罩在0.1微米左右。雾霾天气外出选择_______（填序号）口罩才更有效，这时口罩的作用是_________________。再联系我们已经学过的净化黄泥水的关键操作——过滤以及建筑工程中的筛沙原理，你对过滤法分离混合物原理的认识是__________
____________________________________________。
（4）除了对汽车尾气的检测，还有哪些措施对PM2.5的治理能起到积极作用？请举一例：________
_________________________________________。
直击中考
1.（2019山东潍坊安丘金子中学月考）西藏地区独特的高原风景早就吸引了丫丫，她很想在国庆期间前往观光。但爸爸说初到西藏时会发生不同程度的“高原反应”，这是由于（ ）
A.高原地区的氧气与平原地区的氧气的化学性质不同
B.高原地区的空气中氧气含量过高，让人有压抑感
C.高原地区的空气稀薄，氧气含量过低
D.高原地区的空气中二氧化碳含量过高让人感到窒息
2.（2018山东泰安新泰月考）下列关于测定空气中氧气含量的实验分析中（两图中药品均为红磷和水），不正确的是（ ）
A.氮气不与红反应难溶于水，是设计该实验的依据之一
B.不能用木炭代红磷
C.图4-1-4中进集气瓶的水约占烧杯中水的五分之一
D.图4-1-5所示装置也可以测定空气中气含
3.（2018山东淄博张店实验中学期末）空气是一重要的资源。空气的成分中，积分数约占21%的是（ ）A.N2 B.O2 C.CO2 D.稀有气体
4.某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图4-1-6。该同学的实验步骤如下：①将图4-1-6的集气瓶分为5等份，并作好标记。②在橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即件人集气瓶内，塞模塞③分反应后，集气瓶冷却至室温的开请回答下列问题:
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是___________________________________________________。
（2）步骤③中打开止水夹后观察到的现象是________________________________________，此可得出空气中氧气的体积分数约为_______________。
（3）该实验可推出氮气___________填（“易”或“难”）溶于水和其化学性质_______（填“活泼”或“不活泼”）的结论。
（4）若将红磷换成碳粉，该实验能否获得成功？为什么？
______________________________________________________________________________________
5（2019山东菏泽中考）空气是人类宝贵的自然资源，下列有关空气的说法正确的是（ ）
A.洁净的空气是纯净物
B.空气中的氧气可以供给呼吸、支持燃烧、炼钢、用于化工生产等
C.分离液态空气得到氧气和氮气的过程中发生了化学反应
D.新鲜空气中不含二氧化碳
6.（2019湖北武汉中考）某化学兴趣小组的同学在教师的指导下，正确完成如图4-1-7所示两个实验。已知所用实验装置气密性良好。
关于该实验，有如下说法:
①红磷熄灭并冷却后才能打开弹簧夹；
②点燃酒精灯加热细铜丝，可观察到细铜丝由红色变成黑色；
③停止加热后即可读出注射器内气体的体积约为 24 mL；
④实验取用细铜丝质量的多少不会影响实验结果；
⑤两个实验均能证明空气是混合物；
⑥两个实验均能证明空气中约含1/5体积的氧气。
其中正确说法的个数有（ ）
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
参考答案及解析
基础闯关全练
1.A 空气主要是由氮气和氧气组成的，其中氮气含量最多、且化学性质不活泼。
2.B 各种气体在空气中的体积分数:氮气约78％、氧气约21％、氩气约0.934％、二氧化碳约0.034％，故排列顺序为②③①④
3.答案（1）红色物质逐渐变成黑色
（2）铜＋氧气氧化铜
（3）五分之一（或）
（4）空气中氧气的体积分数大约为五分之一
解析 在加热的条件下，铜丝与空气中的氧气反应生成黑色的氧化铜，据此书写该反应的文字表达式；停止加热冷至室温，注射器内气体的体积大约减少了五分之一，由此可以得出:空气中氧气的体积分数大约为空气体积的五分之一。
4.C 烟和雾是两个不同的概念，红磷燃烧只产生大量白烟，故A错误；细铁丝在空气中不能燃烧，故B错误；该实验可说明N2难溶于水，不能燃烧，不支持燃烧，故C正确；红磷的量不足会导致氧气有剩余，进入集气瓶中水的体积小于1/5，故D错误。
5.D 空气中几乎没有氢气，分离无法获得氢气。
6.B 稀有气体用于电光源是利用不同的稀有气体能吸收不同波长的光，不通过化学变化就能表现出来，为物理性质。
7.B 目前国家计入空气污染指数的项目包括:二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物等。二氧化碳没有计入空气污染指数。
8.C 节假日燃放烟花爆竹，会产生大量的有害气体和粉尘等空气污染物，不利于提高空气质量。
9.答案（1）C （2）吸附 （3）减少化石燃料的使用（答案合理即可）
解析 （1）雾霾天气空气中可吸入颗粒物大量增加，导致呼吸道病人增多。（2）活性炭具有吸附性，防PM2.5专用口罩利用了活性炭的吸附作用。（3）防治空气污染的合理建议有很多，如减少化石燃料的使用、开发利用新能源、加强空气质量的监测、对工业产生的废气进行综合处理达标排放、减少汽车尾气的排放植树造林等。
能力提升全练
1.C 空气中氮气大约占78％，“人造空气”中含有70％的N2，故A错误；“人造空气”中含20％以上的O2，燃着的蜡烛在“人造空气”中继续燃烧，不会熄灭，故B错误；因为在“人造空气”中铜只与氧气反应，并且产物是固体，故C正确；氧气的浓度过高，人体衰老会加快，故健康的人不宜呼吸纯氧，D错误。
2.D 空气中氮气的体积分数约为78％，在一个密闭容器中充满空气，经测定其中氮气的体积为100 mL，所以该容器内空气的体积约为100mL÷78％＝128mL，则氧气的体积约为128mL×21％＝26.9 mL。
3.答案（1）④①③② （2）1
解析 （1）在题图的实验中，将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按题图中所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧胶皮管；点燃酒精灯；红磷燃烧后撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；最后读取注射器活塞的数据。所以实验操作的顺序是④①③②。（2）由于空气中氧气的体积约占空气体积的五分之一，在45mL的空气中约有9mL的氧气，消耗完氧气后，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL的位置。
4.C 氧气可以支持燃烧，但氧气不能燃烧，不具有可燃性。
5.答案（1）低 （2）混合物
解析 在除去空气中的灰尘、二氧化碳和水蒸气后，液化空气，控制条件，氮气的沸点比氧气的沸点低，蒸发液态空气首先得到的是氮气，再把氮气和氧气分离。贮存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是混合物。
6.D 化石燃料在使用过程中会产生大量的烟尘，但化石能源在当今社会还是主要的能源，应减少使用，可使用新能源替代来减少污染物的产生，但不能禁止使用。
7.答案（1）①③④ （2）③ （3）③ 过滤 过滤不一定是固液分离 （4）减少火力发电；提倡使用水能、太阳能发电；积极植树造林，防治扬尘污染等答出一点即可
解析 （1）计空气污染指数项目的有害气体有:一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等。（2）PM2.5的颗粒要比分子大得多。（3）本题中的三种口罩中，第三种口罩能过滤掉PM2.5的颗粒物。口罩的作用是过滤出空气中的可吸入颗粒物，所以过滤不一定是固液分离。（4）从减少化石燃料的燃烧、使用清洁能源、植树造林、控制扬尘、工业废气处理后再排放等方面回答均可。
直击中考
1.C 在高原地区，地势比较高，空气稀薄，但空气中氧气的体积分数仍为21％，只是单位体积内氧气含量相对较少，使人在呼吸时发生困难，即会发生不同程度的“高原反应”。
2.C 测定空气中氧气含量的实验原理是在密闭容器内消耗氧气，通过测量容器内气体体积的减少量来确定氧气的含量，因此氮气不与红磷反应且难溶于水，是设计该实验的依据之一，故A正确。因木炭与氧气反应的生成物是二氧化碳气体，装置内的压强基本不变，水不能倒吸，不能用于该实验，故B正确。图4-1-4中进入广口瓶的水约占广口瓶容积的五分之一，不是约占烧杯中水的五分之一，故C错误。根据物理学中的压强知识可知，红磷燃烧消耗氧气，图4-1-5的装置内气体压强的减小会导致水面的上升，从而使装置内外的压强达到平衡状态，进而测定出空气中氧气的含量，故D正确。3.B 空气中的组成成分及体积分数如下:氮气约78％，氧气约21％，气约0.934％，二氧化碳约0.034％，其他气体约0.002％
4.答案（1）充分反应掉集气瓶中的氧气 （2）烧杯中的水沿导管被吸入集气瓶中，且约占集气瓶容积的1/5 1/5 （3）难 不活泼 （4）不能，炭粉燃烧产生气体，使集气瓶中的压强几乎不变
解析 （1）测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的，红磷过量，可使集气瓶中的氧气被完全消耗（2）红磷与氧气反应，生成了五氧化二磷固体，所以会导致集气瓶内压强减小，水被压入集气瓶，进入的水量正好占据集气瓶内氧气的空间，约为集气瓶容积的五分之一。（3）剩余的气体主要是氮气，水进入瓶内约五分之一，不再继续进入，说明氮气不能与红磷反应，也不能溶于水或与水反应，因此氮气的化学性质不活泼。（4）测定空气中氧气的体积分数利用的是压强的改变，所以若把红磷换成炭粉，炭粉和氧气反应又生成二氧化碳，集气瓶内的压强几乎没有改变，达不到实验目的。
5.B 空气中含有多种物质，属于混合物，故A错误；分离液态空气得到氧气和氮气，发生的是物理变化，故C错误；二氧化碳是空气的成分，故D错误。
6.C应该在停止加热并冷却至室温后才能读数；实验过程中为了将空气中的氧气完全耗尽，加入的细铜丝必须是过量的。