名师导学——2.1 空气

第2章 空气与生命
2.1 空气
点击要点
1．怎样鉴别氧气、二氧化碳和水？
a．带火星的木条靠近集气瓶口，木条复燃，该气体是___ _。
b．_ ___ ，该气体是二氧化碳。
c．水能使 变蓝色。
2．法国化学家 通过实验首先得出了空气是由 和 组成的；现代科学家经过大量的实验发现，空气中还有氦、氩、氙等 气体，此外还有少量的 、 ，以及其他杂质。
3．测定空气中氧气含量的实验：
(1)磷燃烧的文字表达式： ，
现象是 ，生成物是 体，反应结束后集气瓶内气压 。
(2)等反应结束后，打开导管上的夹子，出现的现象是
，集气瓶内水位最终约上升剩下容积的_ ___。
(3)此实验说明：____ 。
4．空气中各成分有重要的作用，请对应连线：
a．化学性质不活泼，可用作保护气
氧气 b．通电时能发出不同颜色的光，可作电光源
c．固态叫干冰，是一种良好的致冷剂
氮气 d．是工业制汽水的一种原料
e．充入灯泡可延长使用寿命
二氧化碳 f．是制造化肥、炸药的重要原料
g．供给生物呼吸
稀有气体 h．燃料在氧气中燃烧后能产生高温火焰
课堂讲练
例1 (2011天津) 空气是人类赖以生存的自然资源。测定空气中氧气体积分数的实验装置如图1所示。在集气瓶内加入少量的水，并五等分水面以上容积，做上记号。用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内足量的红磷，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。
图1 图2
(1) 待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水面最终上升约至1刻度处。由此可知氧气约占空气总体积的__ __；
(2) 红磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体主要是 ，该气体 （填“支持”或“不支持”）燃烧。
(3) 实验完毕后，若进入集气瓶中水的体积不到空气总体积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是 。
(4) 某同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示），你认为改进后的优点是：___ _。

巩固训练1 “空气中氧气含量的测定”有多种方法。甲生设计了如图1所示的实验方案：在燃烧匙内盛过量红磷，点燃后立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞，待红磷火焰熄灭，集气瓶冷却至室温，打开铁夹，水注入集气瓶。回答下列问题：
图l 图2
(1) 反应结束后，打开铁夹，水自动注入集气瓶的直接原因是_ ___。
(2) 乙生也设计了一个如图2所示的实验方案，装置和操作同甲类似，只不过用硫粉代替了红磷，并增加了滴管。要使实验成功，乙在滴管中应加入NaOH溶液，并于燃烧后滴入。写出燃烧时的文字表达式： 。
(3) 若空气中氮气也能和红磷反应，能否用该方法来测定空气中氧气的含量？
。
(4) 丙生想利用氧气和某种金属的反应，来测定空气中的氧气含量。他选择利用下列仪器、药品：①带瓶塞的1000mL烧瓶；②电子天平(称量精度为0.01g)；③酒精灯；④某种金属粉末。他的实验步骤如下：准确称量某种金属粉末的质量（足量），将其放入烧瓶，塞紧瓶塞，放置一段时间后，倒出烧瓶中粉末，并称其质量。请写出丙生的实验思路
。
例2 （2011湖北）下列关于氧气的说法错误的是( )
A．氧气约占空气总体积的1/5
B．通常情况下，氧气是无色无味的气体
C．硫在空气中燃烧比在氧气中剧烈
D．氧气是一种化学性质比较活泼的气体
巩固训练2 下列氧气的用途是利用氧气可以支持燃烧并放出热量的性质的是( )
①气焊 ②炼钢 ③医疗 ④潜水 ⑤宇航
A．①②③ B．①②⑤
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
跟踪演练
1．(2011泰州)下列有关氮气的用途中，错误的是( )
A．制氮肥 B．直接做燃料
C．做灯泡填充气 D．做瓜果保护气
2．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( )
A．①②③④ B．②①③④
C．③④①② D．②①④③
3．大气组成（体积分数）示意图。下列说法正确的是( )
A．地球和火星的大气中O2 的体积分数相同
B．地球和火星的大气中都含有N2
C．地球和火星的大气中CO2 的体积分数相同
D．地球和火星的大气组成完全相同。
4．区分氮气和二氧化碳气体，可根据它们下列性质中的( )
A．颜色 B．状态
C．是否使火焰熄灭 D．能否使澄清石灰水变浑浊
5．实验桌上放置了一个带胶塞的、体积为1L的烧瓶。①第一位同学说烧瓶内没有东西；②第二位同学说瓶内有东西，只能凭想像，不能用实验证明；③第三位同学说把它放在天平上称量出来的质量正好是1L空气的质量；④第四位同学说将瓶倒置盛水的水槽中，水不能进去，略斜口露出一点，则水进入瓶内，并形成一串气泡，说明瓶内有东西。你认为正确的叙述是( )
A．②和③ B．只有①
C．③和④ D．只有④
6．（2011娄底）汽车安全气囊内所装化学物质，能在碰撞后10毫秒内，生成一种空气中含量最多的气体，该气体是( )
A．氮气 B．氧气
C．稀有气体 D．二氧化碳
7．(2011大连)下列说法中，错误的是( )
A．富氧空气可用于潜水、医疗急救
B．氧气能支持燃烧，可作燃料
C．氮气充入食品包装袋内可以防腐
D．稀有气体充入灯泡中可使其耐用
8．下列因果关系不成立的是( )
A．因为氧气具有助燃性，所以可用于提高炼钢炉的温度
B．因为干冰蒸发时吸收大量热，并不留下液体，所以是优良的致冷剂
C．因为稀有气体有各种各样的颜色，所以可用于制造霓虹灯
D．因为氮气性质较不活泼，所以灯泡中充氮气可延长使用寿命
9．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．高原地区空气中氧气含量过高，让人有压抑感
C．高原地区，空气稀薄，氧气的体积分数小于21%
D．高原地区空气中二氧化碳含量过高让人感到窒息
10．二百多年前，英国科学家普里斯特利经过反复实验，得出结论：植物在阳光下能使空气变“好”，是因为植物能释放出“活命空气”。他所说的“活命空气”应该是( )
A．空气 B．氮气
C．氧气 D．二氧化碳
11．(2011广州)下列关于空气中各组成成分说法正确的是( )
A．空气中的CO2 能帮助病人呼吸
B．空气中的CO2 是导致酸雨的主要原因
C．空气中的N2 可作为生产氮肥的原料
D．空气中的稀有气体没有任何使用价值
12．让镁在绝对密闭的条件下燃烧，充分反应后镁有剩余。将集气瓶冷却后，打开止水夹，如右图所示，可看到的现象是( )
A．瓶内进水，约占集气瓶内空气体积的21%
B．瓶内不可能进水
C．瓶内全部进水
D．瓶内进水，大于集气瓶内空气体积的21%
二、实验、简答题
13.下列事实说明空气中含有哪些成分？
① 木炭在空气中燃烧： ____；
② 酥脆的饼干在空气中逐渐变软： ____；
③ 空气中制氮肥的原料： ____；
④ 长期放在空气中的澄清石灰水表面有一层白色物质： ____。
14．（2011肇庆）按右图组装仪器，关闭止水夹，通电使红磷燃烧。请回答下列问题：
(1) 燃烧的现象是 ____ ____；
(2) 红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，你认为原因是
；
(3) 冷却后，松开止水夹，你观察到的现象为
。
15．某校兴趣小组想亲身感受科学家的探究历程，他们选择了“空气中氧气含量的粗略测定”为探究内容。
（一）首先，他们分组进行讨论：
(1) 小光所在小组认为，选择的药品既要能消耗氧气，又不会与空气中的其他成分反应，而且生成物为固体。他们应该选择( ) A．蜡烛 B．硫粉 C．红磷
为了充分消耗容器中的氧气，药品的用量应保证 。
(2) 小明所在小组设计了如下图所示的两套实验装置，你认为合理的是（填序号） 。为了确保实验的成功，首先应保证该装置 性良好。
（二）在充分讨论的基础上他们设计了实验。
（三）实验结束后，大家整理的实验数据如下：
组
1
2
3
4
集气瓶内空气体积/
进入水的体积
20/4
20/3.5
20/4
20/4
组
5
6
7
8
集气瓶内空气体积/
进入水的体积
20/4
20/4.5
20/4
－
通过对实验结果的交流，大多数组的同学都验证出，空气中氧气体积约占空气体积的 。只有第8组同学没能得到数据，原因是由于他们用硫粉进行实验导致的。经研究，同学们一致认为如果事先在集气瓶内注入少量 溶液来吸收 气体，实验也能取得成功。
提高班习题精选
1．为了经久耐用，在灯泡中可填充的气体是( )
A．氧气 B．氮气
C．二氧化碳 D．二氧化硫
2．下列关于稀有气体的叙述不正确的是( )
A．曾被称为惰性气体
B．都是无色无味的气体
C．都不能与其他物质发生化学反应
D．稀有气体有广泛的用途
3．做空气中氧气含量测定的实验装置如右图。下列有关说法正确的是( )
A．选用红磷是因为反应可以耗尽O2，生成固态的P2O5
B．燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭
C．燃烧匙中的红磷越多，水位上升越高
D．本实验可以证明空气中含有N2、O2、CO2 和稀有气体
4．要除去密闭容器中空气中的氧气，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．硫 B．木炭
C．红磷 D．蜡烛
5．若把江河湖泊水中溶解的气体收集起来，分析的结果是：氧气所占的体积大于21%，氮气所占的体积小于78%。对此应得出的结论正确的是( )
A．只有空气中的氧气和氮气能溶解在天然水中
B．溶解在天然水中的氧气和氮气与空气中的氧气和氮气的百分含量相同
C．天然水中溶解的氧气极少，所以在湖泊中养鱼要采取增氧措施
D．氧气和氮气相比较，氧气比氮气更易溶解于水
6．（2011肇庆）氢气、氧气、氮气、二氧化碳四种气体中，占空气体积分数最大的是（填化学式，以下相同） ；能使带火星木条复燃的是 ；能使紫色石蕊试液变红色的是 ；能使澄清石灰水变浑浊的是 。
7．用右图装置可粗略测定空气中氧气和氮气的体积比。分析下列各步操作所产生的现象。先关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧。
(1) 观察现象：
。等集气瓶冷却后，打开活塞。
(2) 观察现象与分析：
。
证实空气中氧气和氮气的体积比约为__ __。
(3) 若单孔塞不严密，按上述实验步骤操作，打开活塞。观察现象并分析：
。
8．某同学可用如图实验粗略测定空气中氧气的体积分数，图中烧杯上方玻璃管（预先固定好），中部有一可滑动的活塞，活塞左端管内有密封的空气，活塞右端的玻璃管口与空气连通，实验开始前活塞处在刻度为5cm处。
(1) 向烧杯中加入适量的水与生石灰反应，目的是
；
(2) 可观察到玻璃管内发生的现象是白磷（足量） ；活塞向 （填“左”或“右”）移动；实验结束后恢复到常温，活塞停在约 cm处，据此可得出结论是 。
9．19世纪末，科学家瑞利通过如下两种实验方法制得氮气，并测定其密度，从而导致了科学上的某项重大发现。请你参与他的科学发现过程，填写如下空格：
实验一：
(1) 将清新洁净的空气通过足量氢氧化钠溶液（可吸收二氧化碳），再通过浓硫酸（有吸水性）。通过氢氧化钠溶液的目的是为了除去空气中的__ __。通过浓硫酸的目的是为了除去空气中的__ __。
(2) 将空气通过能与氧气反应的物质（瑞利教授提醒你：反应不能生成新的气体）。请写出能用于除尽氧气的物质名称：__ __。
(3) 收集气体，并测定该气体的密度。密度为：1.2572g/L。
实验二：
用亚硝酸钠(NaNO2 )和氯化铵( NH4Cl )反应制取氮气，同时还生成了氯化钠和一种最常见的 溶剂。测得由此法得到的氮气密度为1.2508g/L。
分析两种方法测得氮气密度不完全一样的原因是：
。
10．通常状况下，人体呼出的气体中部分气体的含量和空气中气体的含量如下表所示。（含量指各组成成分的体积分数）
空气中的含量(%)
呼出气体中的含量(%)
氧气
21
15.7
二氧化碳
0.03
3.6
水
＜0.03
6.2
请你利用所学知识，完成下列实验报告，并设计实验，验证剩余的一种气体成分在空气中和人体呼出气体中含量的不同，答案写在相应的空格中。（使用的仪器和药品可以任选，实验室备有刚收集好的呼出气体250mL两瓶）
实验操作
现象
结论
取其中一瓶呼出气体和等体积的一瓶空气，将燃着的小木条分别插入集气瓶中，盖上玻璃片
人体呼出气体中氧气的含量少于空气中氧气的含量
呼出气体瓶中澄清石灰水变浑浊，空气瓶中无明显现象
11．科学课上做“用红磷燃烧测定空气中氧气的体积分数”的实验时，由于红磷燃烧生成的P2O5 对人体有一定危害，小明改用氢气燃烧来测定空气中氧气的体积分数，设计的实验装置如右图所示。实验时用夹子b夹住橡胶管，打开夹子a ，点燃纯净的氢气并迅速插入集气瓶中，使氢气在集气瓶中燃烧。
(1) 当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，对夹子的操作应是 。
(2) 实验测得集气瓶中氧气的体积远小于瓶中空气体积的1/5，写出一种可能的原因：
。
(3) 有同学提出，若用CO取代H2，进行如上操作也能完成氧气体积分数的测定。你是否认同？并简要说明理由：
。
第2章 空气与生命
2.1 空气
【点击要点】
1．a．氧气 b．气体通入澄清石灰水，变浑浊 c．白色硫酸铜粉末
2．拉瓦锡 氧气 氮气 稀有 二氧化碳 水蒸气
3．(1) 磷十氧气五氧化二磷 剧烈燃烧，产生大量白烟 固 减小
(2) 烧杯中的水沿导管倒流入集气瓶中 1/5
(3) 氧气的体积约占空气体积1/5
4．氧气－gh 氮气－ef 二氧化碳－cd 稀有气体－ab
例l (1) (2) 氮气 不支持 (3) 磷不足或装置漏气 (4)装置不会漏气
解析：(1)空气成分中主要包括氮气和氧气，氮气约占空气体积的五分之四，氧气约占空气体积的五分之一，红磷燃烧消耗掉氧气，水会进入集气瓶中，约占空气总体积的五分之一；(2)剩余的气体主要包括氮气和稀有气体等不支持燃烧的气体。(3)实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到空气总体积的1/5，说明瓶内气体减少量不足1/5，分析其原因主要为氧气未完全消耗或是冷却过程中空气进入瓶中所导致的结果，据此对实验进行分析：可能磷不足，可能装置漏气；(4)对比改进行前后的两种探究装置，可发现改进后不需要点燃红磷后再将燃烧匙伸入瓶中，可很好地避免因装置漏气而对结果带来的偏差。
巩固训练l (1)瓶内气压小于外界大气压 (2)硫十氧气二氧化硫 (3)不能 (4)用反应完全后的粉末质量减去没反应时的粉末质量，就是烧瓶内的氧气质量，用它除以氧气的密度得出体积，再除以烧瓶的容积就得出了答案
解析：(1)空气成分的测定实验的原理是利用某种物质燃烧消耗空气中某一成分，导致装置内的压强减小，从而使等体积液体倒流进入装置内。液体倒流的直接原因是装置内外的压强差，最根本的原因是物质燃烧对气体的消耗。这就要求生成物不能是气体，而当生成物为气体时，我们就必须想办法让液体能够和生成的气体反应或者溶解。
(2)乙同学实验中生成二氧化硫气体，借助二氧化硫的溶解性当然可以实现目的，但是为了促进溶解进行，或者叫启动反应的发生，我们可以借助更快捷的反应就是氢氧化钠溶液来吸收二氧化硫，这样水就能够更迅速进入装置内去溶解二氧化硫。
例2 C 解析：A．空气的成分及各成分的体积分数分别是：氮气78%、氧气21%，因此氧气约占空气总体积的1/5；B．根据氧气的物理性质：在通常状况下，氧气是一种没有颜色、没有气味的气体；C．硫在氧气里剧烈燃烧产生明亮的蓝紫色火焰（在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰），生成无色、有刺激性气味的气体，硫在空气中燃烧没有在氧气中燃烧剧烈，故C说法错误；D．氧气是一种化学性质比较活泼的气体，可以与非金属、金属、化合物等多种特物质发生氧化反应。
巩固训练2 B
【跟踪演练】
1．B 2．B 3．B 4．D 5．D 6．A 7．B 8．C 9．C 10．C 11．C 12．D
13．①氧气 ②水分 ③氮气 ④二氧化碳
14．(1)红磷剧烈燃烧，产生白烟，火焰慢慢熄灭
(2)集气瓶内的氧气已消耗完
(3)烧杯里的水倒吸到集气瓶内（或烧杯的水面下降），进入集气瓶中的水约占集气瓶内空气体积的
15．（一）(1)C 足量（或过量） (2)A 气密
(3) 1/5（或4/20） NaOH、Ca(OH)2 等 SO2（或二氧化硫）
【提高班习题精选】
1．B 2．C 3．A 4．C 5．D
6．N2 O2 CO2 CO2
7．(1)白磷剧烈燃烧，冒出大量白烟，火焰慢慢熄灭。
(2)烧杯中水进入瓶中，体积约占集气瓶空气体积的1/5，进入集气瓶内水的体积即为原空气中氧气的体积。 1︰4。
(3)当集气瓶冷却时，集气瓶内气体压强减小，若单孔塞不严密，空气通过单孔塞与集气瓶口之间的空隙进入集气瓶内，使集气瓶内外压强相等。再打开活塞，水不进入集气瓶，导致实验失败。
总结：关于测定空气中氧气的体积分数实验类型题，其原理是利用可燃物燃烧消耗氧气，生成固体物质（不能生成气体），导致密封集气瓶或烧瓶内气压降低，外界大气压使水进入密封集气瓶或烧瓶中，并利用所进入的水的体积来推知氧气的体积。这类题型要求我们熟知原理，并能在具体题设中灵活处理。
8．(1)产生热量，使白磷燃烧
(2)剧烈燃烧，产生大量白烟 左 4 氧气体积约占空气体积的1/5
9．(1)二氧化碳 水蒸气 (2)磷 (3)从空气中获得的氮气中含有稀有气体
10．
取其中一瓶呼出气体和等体积的一瓶空气，将燃着的小木条分别插入集气瓶中，盖上玻璃片
呼出气体瓶中木条熄灭，空气瓶中无明显变化
人体呼出气体中氧气的含量少于空气中氧气的含量
取其中一瓶呼出气体和等体积的一瓶空气，将澄清石灰水倒入瓶中，盖上玻璃片，振荡
呼出气体瓶中澄清石灰水变浑浊，空气瓶中无明显现象
人体呼出气体中二氧化碳的含量多于空气中二氧化碳的含量
取2片干燥的玻璃片，向其中的一片上呼气，另一片放置在空气中
呼气的玻璃片上出现小水珠，空气中的玻璃片上
无明显现象
人体呼出气体中水蒸气的含量多于空气中水蒸气的含量
11．(1)用夹子a夹住橡胶管
(2)火焰熄灭后，没有及时用夹子a夹住橡胶管（或实验装置气密性不良）
(3)不认同 因为一氧化碳点燃后生成的是二氧化碳气体，瓶内气压没有减小，所以无法测出