3.1 空气与氧气 空气成分及氧气含量测定 导学案（含答案）

空气成分及氧气含量测定
课前一练
1、空气是一种宝贵的自然资源。下列有关说法中不正确的是 (　A　)
A．法国化学家拉瓦锡研究了空气的成分，并得出氧气约占空气总体积的结论
B．空气是由氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等物质组成的混合物
C．氮气是制造硝酸和氮肥的重要原料
D．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
2、用如图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（　AD　）

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
3、某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图．该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记．
②在带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，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞．
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹．
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是　　　　　．
（2）步骤②集气瓶中的现象是　　　　　，其反应的文字表达式为　　　　　　；步骤③中打开止水夹后观察到的现象是　　　　　　，由此可得出空气中氧气的体积分数约为　　　　　．
（3）该实验可推论出氮气　　　　　　（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质　　　　　（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
（4）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？为什么？　　　　　　成功，原因是　　　　　　．
【答案】（1）确保将集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）红磷燃烧，生成大量的白烟；红磷+氧气五氧化二磷；烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；五分之一；
（3）难；不活泼；
（4）不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
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一、空气的成分
1、空气的成分按体积计算，大约为：氮气 78% ，氧气 21% ，稀有气体 0.93%，二氧化碳 0.04% ，水蒸气和杂质 0.03% 。
2、空气成分检验

（1）二氧化碳的检验：用大针筒把空气压进石灰水中，石灰水会变浑浊。但石灰水变浑浊的速度比较慢。说明空气中含有二氧化碳，但二氧化碳的含量较少。
（2）氧气的检验：把一根燃着的木条放入一瓶空气中，木条继续燃烧。比较木条在空气中燃烧的现象与木条在氧气中燃烧的现象，木条在空气中燃烧得不旺，说明空气中含有氧气，但不纯。
（3）水蒸气的检验：把一滴水滴在无水硫酸铜粉末上。无水硫酸铜的颜色发生了变化，遇水变蓝色。把一些碎冰放进一个干燥的烧杯里，用表面皿盖在烧杯口上。过一会儿，在表面皿里加一些无水硫酸铜，硫酸铜变成蓝色。这一现象说明空气中含有水蒸气。
二、氧气含量的测定
1、实验原理
利用磷燃烧消耗空气中的氧气而不与空气中氮气及其他气体反应的性质，从而使容器内形成负压，打开止水夹后，水进入容器内。进入容器中的水的体积，可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。
实验器材
（1）实验仪器：集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹。
实验药品：红磷、水。
3、实验装置图

实验步骤
（1）连接装置：在集气瓶口连接一个双孔胶塞，一孔插燃烧匙，另一孔插导管（配有弹簧夹），导管另一端伸入盛有水的烧杯中，如图所示
（2）检查气密性：把导管的一端放入水中，两手紧握集气瓶外壁，如果在导管口有气泡冒出，松开两手，使它冷却，导管中形成一段水柱，则证明气密性良好
（3）在集气瓶内加少量水，并做上记号，把剩余的容积用记号划分成5等份
（4）点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧
待红磷熄灭并冷却至室温后，振荡集气瓶，打开弹簧夹
6、结论：
（1）红磷燃烧：
（2）集气瓶内的水面上升，表明空气中的氧气被消耗掉了
关键点：装置不漏气，产物是固体，红磷要充足，冷却到室温，再测定体积。
7、实验反思
（1）装置的缺陷
①该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多，加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的空气，使之外逸，都会导致实验的误差。
②反应物浓度越小，反应的速率越慢。当燃烧持续进行时，氧气的浓度越来越小，氧化的速率也越来越小。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高，利用燃烧，无法除尽空气中的氧气。
（2）结果分析
①为什么有时气体减少的体积小于1/5呢？
导致结果偏低的原因可能有：a.红磷的量不足；b.瓶内氧气没有耗尽；c.装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙和橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；d.未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少。
②为什么有时气体减少的体积大于1/5呢？
导致结果偏高的原因可能有：a.点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞子塞得太慢，使得瓶中空气受热膨胀，部分空气溢出。b.实验开始时，未夹止水夹（或未夹紧）。
8、常见测定氧气含量的装置
三、空气的利用
1、氧气的用途
（1）供给呼吸、维持生命和支持燃烧。
（2）氧气易跟其他物质反应，放出热量，因此用于炼钢、焊接、切割金属，也可作火箭燃料的氧化剂等。
2、氮气的用途：氮是构成人体蛋白质的主要元素。氮气是一种无色、无味、性质较不活泼的气体。
（1）灯泡中充氮可延长使用寿命；食品包装时充氮可防腐、保鲜。
（2）制造化肥、炸药的重要原料。
（3）用作制冷剂。
3、二氧化碳的用途
（1）固体二氧化碳称干冰，是致冷剂，可用来保藏食品，也用于人工降雨。
（2）二氧化碳是一种工业原料，用于制造纯碱、尿素和汽水。
（3）用于灭火。
4、稀有气体用途：化学性质不活泼，常用作保护气。
（1）在焊接金属时用于隔绝空气。
（2）充入灯泡时，稀有气体能发出不同颜色的光，可制成各种用途的电光源。
（3）用于激光技术，制造低温环境，用于医疗麻醉等。
同步练习
1、下图是测定空气中氧气含量的实验装置，该实验有关的说法中正确的是（ B ）
A． 可以用木炭替代红磷进行该实验
B． 该实验还能说明氮气不助燃
C． 空气中氮气与氧气的质量比约为5：1
D． 若最后液体进入广口瓶的体积不到1/5，则有可能是红磷过多
2、下图装置可用来测定空气中氧气的含量．对该实验认识不正确的是（　C　）
A．铜丝的量不足会影响实验结论
B．实验中反复推拉针管可使反应物充分接触，使氧气完全反应
C．加热完后应立即观察体积变化，并记录实验数据
D．装置不漏气是实验成功的重要因素之一
3、小林从冰箱里拿出冰冻的饮料，用干布擦净瓶外壁的水，放置于桌面片刻，发现瓶外壁又挂满水珠，这说明空气中有( D )
A. 氮气 B. 氧气
C. 二氧化碳 D. 水蒸气
4、人类每时每刻都离不开空气，通过治理，株洲市的空气质量近年来有所好转。下列有关空气的说法不正确的是( B )
A. 空气是由多种单质和化合物组成的混合物
B. 空气中含量较多且化学性质活泼的是氮气
C. 呼吸、燃烧、炼钢、化工生产等都要用到氧气
D. 空气是一种宝贵的自然资源，要保护空气，防止污染空气
5、某化学兴趣小组设计了如图所示的实验装置，用 于“测定空气中氧气的含量”（试管的容积为50mL，注射器的活塞实验前停在25mL处．容器内红磷足量）．用酒精灯加热装置中的红磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却，可观察到装置中活塞最终停留的接近刻度是（　B　）
A．20mL处 B．15mL处 C．10mL处 D．5mL处
6、在做测定空气中氧气含量的演示实验时，小明设计如图所示的装置，对此装置评价错误的是（　A　）
A．此装置可以直接测出瓶中原有的氧气的质量
B．此装置不使用导管，所以既避免了反应后导管中的空气进入瓶中引起误差，也避免了导管中留有一定量的水引起误差
C．该装置能使测量空气中氧气的含量更精确
D．在探究中可以领悟科学研究的严密性和趣味性
7、央视主持人柴静自费百万元拍摄雾霾纪录片《穹顶之下》在各大社交媒体上传播．形成雾霾天气的主要污染物是PM2.5，PM2.5是指直径数值小于或等于2.5的悬浮颗粒物，其直径大约是一般分子直径（数量级为10﹣10m）的2万倍，能被肺吸收并进入血液，对人体危害很大．下列关于PM2.5的说法正确的是（　D　）
A．PM2.5在空中的运动属于分子的无规则运动
B．PM2.5对人体的神经系统损害最大
C．PM2.5在空气中不受重力作用
8、蜡烛(足量)在如图1密闭装置内燃烧至熄灭，用仪器测出这一过程中瓶内氧气含量的变化如图2所示。下列判断正确的是 (　B　)
A．蜡烛燃烧前装置内只有氧气
B．氧气浓度小于一定值时，蜡烛无法燃烧
C．过程中装置内物质总质量不断减少
D．蜡烛熄灭后瓶内只剩二氧化碳气体
9、下列关于空气的各种气体的说法错误的是 ( C )
A．氮气的化学性质很稳定
B．稀有气体一般不跟其他物质发生化学反应
C．氧气的化学性质不活泼
D．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
10、探究小组的同学为探究空气中氧气的体积分数，设计了如图7所示装置，白磷在空气中很容易燃烧，生成五氧化二磷固体．据图1回答下列问题：
（1）闭合电源开关，电阻丝后会发热，可以观察到白磷　　；
（2）装置冷却到室温，可观察到U型管内左侧液面　　；
（3）通过这个实验得出的结论是氧气约占空气体积的　　；
（4）实验完毕后，集气瓶内残余的气体主要是　　；
（5）小明同学由该实验得到启发，设计了如图2的实验，但是他看到的现象是水面并没有上升约，原因是　　．
【答案】（1）红磷燃烧，产生大量的白烟；
（2）U型管内左侧液面上升，约上升至1处；
（3）氧气约占空气气体体积的1/5 ；
（4）氮气；
（5）石蜡燃烧有二氧化碳生成，瓶内气压基本不变．
11、空气是一种宝贵的自然资源。按要求填空：
（1）氧气：无色无味的气体，不易溶于水，化学性质比较活泼。主要用途：供给呼吸，用于_________等；支持燃烧，用于____________等方面．
（2）氮气：无色、无味、难溶于水。主要用途：制_______和________的重要原料；由于氮气的化学性质不活泼，可用作_________；液氮在医疗上可用于_______________等．
（3）稀有气体：无色、无味、性质不活泼。主要用途：制成多种用途的_________；_______可用于制造低温环境。
【答案】（1）潜水、登山；燃料的燃烧；（2）硝酸，氮肥；保护气；冷冻麻醉下做手术；（3）电光源，氦
12、某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图．该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记．
②在带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，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞．
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹．
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是　　　　　．
（2）步骤②集气瓶中的现象是　　　　　，其反应的文字表达式为　　　　　　；步骤③中打开止水夹后观察到的现象是　　　　　　，由此可得出空气中氧气的体积分数约为　　　　　．
（3）该实验可推论出氮气　　　　　　（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质　　　　　（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
（4）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？为什么？　　　　　　成功，原因是　　　　　　．
【答案】（1）确保将集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）红磷燃烧，生成大量的白烟；红磷+氧气五氧化二磷；烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；五分之一；
（3）难；不活泼；
（4）不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．