人教版九年级上化学教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：04【基础】空气组成和氧气含量的测定

空气组成和氧气含量的测定（基础）

【学习目标】
1.记住空气中各成分的体积分数；了解空气主要成分的性质和用途；了解空气污染的原因、危害及防治措施。
2.掌握空气中氧气含量测定的实验原理、装置、操作方法以及误差分析。
3.认识纯净物、混合物的概念，并能从物质的组成上区分纯净物和混合物。
【要点梳理】
要点一、拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分
　　二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。 这个著名实验是：把少量的汞放在一个密闭的容器里连续加热12天，结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约1/5；他研究了剩余的那部分气体，发现它既不能供动物呼吸，也不支持燃烧，这正是氮气；他把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个容器里加热，除了得到汞以外，还得到了氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积；他把得到的氧气加到前一个容器中剩下的约4/5体积的气体里，结果得到的气体与空气的性质完全一样。
【要点诠释】
拉瓦锡实验结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。
要点二、测定空气中氧气含量的方法
1．实验原理：　利用红磷在空气中燃烧，将集气瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷白色固体，使密闭容器内压强减小；在大气压作用下，进入集气瓶内水的体积即为减少的氧气的体积。2．实验装置：
3．实验步骤：
（1）将仪器连接好并检查装置的气密性。（2）在集气瓶底装入少量的水，再把剩余的容积分成五等份并做上记号。（3）用弹簧夹夹紧乳胶管。
（4）在燃烧匙内放入过量的红磷。
（5）点燃红磷迅速伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。（6）红磷燃烧停止，待集气瓶冷却到室温后，打开弹簧夹。
4．实验现象：（1）红磷燃烧产生大量白烟并放出热量。（2）打开弹簧夹后烧杯中的水倒吸入集气瓶中，进入水的体积约占集气瓶中空气体积的1/5。5. 实验结论：
氧气约占空气体积的1/5。
【要点诠释】1. 可燃物必须选用燃烧后生成物为固体的物质。不能选用木炭、硫等，因为木炭、硫燃烧产生的是气体物质，且与所耗氧气体积相同，使瓶内外气压相等，水不会倒吸入瓶中。
2.红磷必须过量，燃烧时才能使容器内氧气消耗完。3.红磷燃烧停止后，要等集气瓶内温度降至室温，方可打开弹簧夹。4.该实验还能得到的结论：氮气（集气瓶内剩余的气体主要是氮气）具有不能燃烧、不支持燃烧和难溶于水的性质。
5.实验后测得氧气的体积分数小于21%的原因：
（1）红磷的量不足（则不能将集气瓶内空气中的氧气完全反应掉，集气瓶内水面上升不到原瓶内空气体积的1/5，导致测得空气中氧气的体积分数偏小）。
（2）装置漏气（当集气瓶内氧气耗尽时，瓶内压强减小，瓶外空气会进入集气瓶内，导致进入水的体积减小，测得的氧气的体积分数偏小）。
（3）装置未冷却到室温就打开弹簧夹（温度较高气体压强较大，进入瓶内水的体积减小，引起测定结果偏低）。
6.测定结果大于21%的原因：
（1）点燃红磷前未用弹簧夹夹紧乳胶管（红磷燃烧放热会使部分空气由导管逸出，烧杯水中冒气泡；最后造成水进入集气瓶的体积大于1/5）。
（2）将点燃的燃烧匙伸入瓶内太慢（放出的热将瓶内的部分空气赶出瓶外；冷却后打开止水夹，进入集气瓶水的体积大于1/5）。
要点三、空气的组成　空气的主要成分是氮气和氧气，分别约占空气总体积的4/5和1/5。
空气的成分按体积计算如下表：
气体
氮气(N2)
氧气（O2）
稀有气体(氦气、氖气、氩气等)
二氧化碳(CO2)
其他气体和杂质
占空气总体积的比例
78%
21%
0.94%
0.03%
0.03%
【要点诠释】
1.空气中各气体的含量是体积分数，不是质量分数。
2.空气是一种混合气体，组成比较固定，特别是氧气、氮气、稀有气体的成分几乎不变，但个别地区略有不同。
要点四、纯净物和混合物
物质
纯净物
混合物
概念
只由一种物质组成的物质叫纯净物
由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物
区别
①由同种物质组成，即相同的分子、原子或离子，具有固定的组成
②可以用化学式表示，如氧气用O2表示
③有固定的性质
①由不同种物质混合而成，各种物质彼此间不反应，没有固定的组成
②不能用化学式表示
③无固定性质（如熔、沸点等），各自保持原物质的性质
举例
氧气、氮气、二氧化碳、蒸馏水、氢氧化钙等
空气、盐水、糖水、矿泉水、铝合金、酱油等
联系
/
【要点诠释】　　混合物是由纯净物混合而成。
要点五、空气是一种宝贵的自然资源1.氮气：是无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。氮气的化学性质不活泼。主要用途是用作保护气、合成氮肥等。2.氧气：是无色、无味的气体，密度比空气大，不易溶于水。主要用途是供给呼吸和支持燃烧；医疗、潜水、气焊、炼钢、宇航等都需要用到氧气。3.稀有气体：氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。是无色、无味的气体，难溶于水。化学性质很不活泼，一般情况下不与其他物质反应。通常作保护气、制成多种电光源、用于激光技术；氦用于制造低温环境；氙用于医疗麻醉。4.空气的污染及防治
污染空气的物质
①粉尘；②有害气体（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）
污染物的主要来源
①矿物燃烧；②工厂的废气；③汽车排放的尾气等
空气污染的危害
①损害人体的健康；②影响作物生长；③破坏生态平衡；④导致全球气候变暖；⑤破坏臭氧层；⑥形成酸雨
空气污染的防治
①使用清洁能源；②工厂的废气经过处理后再排放；③使燃料充分燃烧；④对化石燃料进行脱硫处理；⑤积极植树、造林、种草等
【要点诠释】
1.空气质量日报中的“首要污染物”包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、粉尘（可吸入颗粒物）和臭氧等。2.氮气和稀有气体作为保护气，是利用它们的稳定性。但是“稳定”是“相对”而不是绝对的，在一定条件下，氮气及有些稀有气体也能与某些物质发生化学反应。
【典型例题】
类型一、考查空气的组成
/1.（2019?重庆中考）空气中氮气的体积分数大约是（　　）
A. 21% B. 31% C. 50% D. 78%
【思路点拨】根据空气中各成分的体积分数进行分析判断即可。
【答案】D
【解析】空气中各成分的体积分数分别是：氮气大约占78%、氧气大约占21%、稀有气体大约占0.94%、二氧化碳大约占0.03%、其他气体和杂质大约占0.03%。
【总结升华】本题考查了空气中各种气体的含量，同学们要记忆有关的知识点，在理解的基础上应用。
/2.（2019?大连中考）空气中含量较多且能用于食品包装的气体是（　　）
A．氮气
B．氧气
C．稀有气体
D．二氧化碳
【思路点拨】根据空气中各成分及体积分数和性质，本题解题的关键信息是：“含量较多且充入食品包装中以防腐”，充入食品包装中以防腐，说明该气体化学性质不活泼。
【答案】A
【解析】空气中各成分及体积分数为：氮气：78%、氧气：21%、稀有气体：0.94%、二氧化碳0.03%、水蒸气和杂质：0.03%．氮气在空气中含量较多，且化学性质不活泼，能充入食品包装中以防腐。
【总结升华】本题难度不大，熟记空气中各成分及体积分数，掌握它们的性质与用途是正确解题的关键。
举一反三：
【变式1】最早通过实验测定出空气组成的科学家是 ( )
A.瑞典的舍勒 B.英国的汤姆生
C.法国的拉瓦锡 D.意大利的阿伏加德罗
【答案】C
【变式2】关于稀有气体的叙述中，错误的是（　 ）
A.稀有气体是空气中含量最多的气体 B.都是无色无味的气体
C.一定条件下能跟其他物质发生化学反应 D.在空气中的含量为0.94%
【答案】A
类型二、考查空气中氧气含量的测定
/3.为了测定空气的成分，按右图所示装置做实验：　（1）装置连接好后，先要检查装置的 。
（2）将燃烧匙中过量的红磷点燃后放入集气瓶中，红磷燃烧产生 。 （3）反应停止，待集气瓶冷却后打开止水夹，烧杯中的水会 ,约达到集气瓶内空气体积的 为止。　　
（4）此实验说明空气中含有 ，大约占空气总体积的 。
【答案】（1）气密性
（2）大量白烟　　 （3）倒吸入集气瓶中 1/5　　 （4）氧气 1/5
【解 析】过量的红磷燃烧，将集气瓶中的氧气完全消耗掉，使瓶内压强减小；冷却后打开止水夹，烧杯中的水被倒吸入集气瓶内，所进水的体积和消耗掉氧气的体积相等。【总结升华】该实验还能得到的结论：氮气（集气瓶内剩余的4/5气体主要是氮气）具有不能燃烧、不支持燃烧和难溶于水的性质。
举一反三：
【变式】同学们用上图（例3图）所示装置测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量的水，并做上记号。下列说法中，不正确的是(　　)
A.实验时红磷一定过量
B.点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管
C.红磷熄灭后立刻打开弹簧夹
D.最终进入瓶中水的体积约等于氧气的体积
【答案】C
类型三、考查纯净物和混合物
/4.下列物质中，属于纯净物的是 ( )
A.海水 B.汽油 C.蒸馏水 D.空气
【答案】C
【解析】蒸馏水为纯净物，其他物质都是混合物。
【总结升华】只由一种物质组成的物质叫纯净物，由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物。
举一反三：
【变式】（2019?山东中考）下列物质属于混合物的是（ ）
A．氧气 B．生铁 C．氯酸钾 D．金刚石
【答案】B
【解析】氧气、氯酸钾、金刚石都分别由一种物质组成，都是纯净物。生铁是铁和碳的合金，因为是由两种或两种以上物质组成的，故属于混合物。
类型四、考查空气污染
/5.在治理城市空气污染中所采取的措施不正确的是（ ）
A．少用煤作燃料 B．增加绿地面积
C．焚烧落叶 D．汽车改用清洁燃料
【答案】C
【解析】增加绿地面积，可以增加光合作用，把二氧化碳转化为氧气；少用煤作燃料，可以减少二氧化硫等有害物质的排放；汽车改用清洁燃料，可减少有毒气体的排放；焚烧落叶，会产生大量烟等有害物质。
【总结升华】了解空气污染的危害及防治措施。
举一反三：
【变式】下列物质中，属于空气污染物的是（　 ）　A.氧气　　　　　　 B.水蒸气　C.氮气　　　　 D.一氧化碳【答案】D
空气组成和氧气含量的测定（基础）

【巩固练习】
选择题 (每小题只有一个选项符合题意)
1.（2019?吉林中考）空气的成分中能使酥脆的饼干变软的是（　　）
A．氮气
B．氧气
C．稀有气体
D．水蒸气
2.空气是一种重要的自然资源，其中体积含量最大的气体是（ ）
A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．稀有气体
3.空气中体积含量约占21%的气体是（ ）
A．稀有气体? B．氧气 C．氮气 D．二氧化碳
4.下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．空气中含有氮气、氧气等多种气体
B．空气是一种十分重要的天然资源
C．若大量有害物质进入空气中，仅靠大自然的自净能力，大气还能保持洁净
D．按体积分数计，空气中约含氮气78％、氧气21％
5.白炽灯泡中要填充增压气（不活泼气体），霓虹灯中要填充显色气，下列各气体中不能用来填充灯泡的是( 　)
A.氩气 B.氮气 C.氖气 D.氧气
6.由于森林的过量砍伐、草场大面积开垦，土地出现沙漠化，导致我市今年出现了近几年来最严重的沙
尘暴天气。沙尘暴天气使空气中增加了大量的（ ）
A．可吸入颗粒物 B．一氧化碳 C．二氧化氮 D．二氧化硫
7.（2019?天津中考）下列物质中属于纯净物的是（ ）
A．海水 B．水泥沙浆 C．干冰 D．汽水
8.下列关于空气成分用途的说法不正确的是（ ）
A.空气是一种十分重要的天然资源 B.食品充入氮气可延长保质期
C.氧气可供给呼吸 D.氧气可灭火
9.酥脆的饼干露置在空气中一段时间后变软，原因是空气中含有（　 ）
A.氮气 B.氧气 C.二氧化碳 D.水蒸气
10.（2019?重庆中考）下列气体中，属于纯净物的是（ ）
A．洁净的空气 B．汽车的尾气 C．水蒸气 D．香烟的烟气
11.我们知道食物较长时间露置在空气中就会变质，这主要是由于空气中含有(　　)
A.氧气 B.氮气 C.二氧化碳 D.稀有气体
二、填空题
12.下列是我们接触过的一些物质，其中属于混合物的是______________________。　 　 A．氮气 　 B．空气 C．二氧化碳　 D.氧气　　　　
13.（2019?吉林模拟）空气中氧气的含量是_________。
14.法国化学家拉瓦锡通过实验得出的结论是 约占空气总体积的1/5。
15.（2019?宁夏） 小亮同学利用如图所示的装置测定空气里氧气的含量．他先在燃烧匙中放入足量的红磷，塞紧橡皮塞，然后用凸透镜聚光照射集气瓶中的红磷。
/
（1）由于凸透镜的聚光作用，使红磷的温度　　　　　　，红磷燃烧；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷，燃烧停止的原因是____________________________________________。
（2）待完全反应冷却到常温后，打开弹簧夹观察到的实验现象是　　　　　　，说明　　　　　　。
（3）实验中不能用木炭代替红磷，原因是______________________________________。　
【答案与解析】
1.【答案】D
【解析】酥脆的饼干变软是因为空气中的水蒸气进入饼干，使饼干变潮。
2.【答案】A
【解析】空气的成分按体积分数计算，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%。
3.【答案】B
【解析】氮气的化学性质不活泼，一般情况下，不能与其他物质发生化学反应。
4.【答案】C
【解析】大气的自净能力是有一定限度的，若大量有害物质进入空气中，一旦超过其自净能力，会造成空气污染。
5.【答案】D
【解析】氧气有氧化性，可以和灯丝发生反应。
6.【答案】A
【解析】空气污染包括气体污染和粉尘污染，气体污染包括一氧化碳、二氧化氮和二氧化硫等；粉尘污染包括可吸入颗粒物，沙尘暴使空气中可吸入颗粒物大量增多。
7.【答案】C
【解析】纯净物是由一种物质组成的。海水中含有水、氯化钠等物质，属于混合物；水泥沙浆中含有水泥、沙子、水等物质，属于混合物；干冰是固体的二氧化碳，只含有一种物质，属于纯净物；汽水中含有水、二氧化碳等物质，属于混合物。
8.【答案】D
【解析】氧气可供给呼吸、支持燃烧，不能用来灭火。
9.【答案】D
【解析】本题考查空气的成分。
10.【答案】C
【解析】空气中含有氮气、氧气等多种物质，汽车的尾气中含有一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳等多种物质，香烟的烟气中含有一氧化碳、尼古丁等多种有害物质，故A、B、D都属于混合物。水蒸气只含有水一种物质，属于纯净物，故C正确。
11.【答案】A　　【解析】食物变质是因为食物中的成分在空气中发生了缓慢氧化造成的。
12.【答案】B
【解析】判断物质是不是纯净物，应该看这种物质的组成成分是一种，还是多种。空气中含有氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等多种物质。
13.【答案】21%
【解析】空气的成分按体积计算，大约是：氮气占78%、氧气占21%、稀有气体占0.94%、二氧化碳占0.03%、其它气体和杂质占0.03%；故空气中氧气的含量是21%。
14.【答案】氧气
【解析】空气的成分按体积分数计算，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%。
15.【答案】
（1）达到它的着火点 氧气耗尽
（2）水进入集气瓶中，约占集气瓶容积的五分之一
氧气约占空气总体积的五分之一
（3）木炭燃烧生成二氧化碳气体，集气瓶内的气体没有减少
【解析】
（1）由于凸透镜的聚光作用，使红磷的温度达到了着火点，红磷燃烧；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷，说明集气瓶中的氧气被耗尽。
（2）待完全反应冷却到常温后，打开弹簧夹观察到的实验现象是：水进入集气瓶中，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。
（3）因为木炭燃烧生成二氧化碳气体，集气瓶内的气体没有减少，不能测定空气中氧气的含量，所以实验中不能用木炭代替红磷。