化学初中上册《空气组成和氧气含量的测定》(提高)教学设计知识讲解

空气组成和氧气含量的测定（提高）

【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（高清课堂《空气组成和氧气含量的测定》）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（高清课堂《空气组成和氧气含量的测定》）

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。

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%

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，密度比空气略大，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。

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

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.（2016?山西中考）我们每时每刻都离不开空气。空气中含量最多的气体是（）

A．N2B．CO2C．H2D．O2

【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】A

【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%。A、氮气占78%，是体积分数最大的气体，选项正确。B、二氧化碳占0.03%，不是体积分数最大的气体，选项错误。C、空气中没有氢气，选项错误。D、氧气占21%，不是体积分数最大的气体，选项错误。

【总结升华】熟记空气的成分及各成分的体积分数是解答此类题的关健。

举一反三：

【变式1】下列关于空气的说法正确的是（）

A.空气的成分按体积分数计算，大约是：氮气79%，氧气20%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他气体和杂质0.03%

B.空气的成分按质量分数计算，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%

C.空气中各气体成分及其含量一定是固定不变的

D.空气中含量最多的气体是氮气

【答案】D

【解析】空气的成分应按体积分数计算，空气中各成分及其含量不同地区也可能不同。

【变式2】.澄清石灰水长期敞口放在空气中会变浑浊，这是因为空气中含有( )

A.氧气

B.二氧化碳

C.氮气

D.一氧化碳

【答案】B

类型二、考查空气中氧气含量的测定

2.（2014?山东中考）用如图装置来测定空气中氧气的含量，下列做法会使实验结果不准确的是（）

A.事先在集气瓶内加少量水

B.燃烧匙内加足量红磷

C.红磷熄灭后，立即打开弹簧夹

D.实验前，检查装置的气密性

【思路点拨】测定空气中氧气含量实验，在选择消耗氧气的药品时，应考虑能与空气中的氧气反应而不与空气中的其他成分反应，生成物不能为气体；还应注意装置不漏气，药品的量要足，读数时温度要冷却到原来的温度等。

【答案】C

【解析】

A、集气瓶中加入少量水，是用来吸收反应生成的五氧化二磷，另一方面有利于容器内温度的降低，节约了实验的时间，故A不符合题意；

B、红磷足量可以把氧气完全消耗，保证实验的准确性，否则会使实验结果偏小，故B不符合题意；

C、装置未冷却至室温就打开弹簧夹，这样瓶内温度较高，气压还没降低到室温标准，会使测定的结果偏小，故C符合题意；

D、如实验装置漏气，红磷燃烧即使能耗尽装置内的氧气，由于装置漏气，瓶外少量空气会进入装置内使测定结果不准确。因此，实验前要检查装置的气密性，故D不符合题意。

【总结升华】测定空气中氧气的含量，主要是利用了可燃物燃烧消耗了氧气，使密闭容器中压强减小，在外界大气压作用下，烧杯中的水倒吸入集气瓶内。

举一反三：

【变式】如图所示，在一个具有刻度和可以左右滑动的活塞的玻璃容器里放入白磷

（足量），活塞左端管内密封有空气，右端的管口跟空气连通。将玻璃容器固定在盛

有80℃热水（恒温）的烧杯上，进行实验（白磷被加热到40 ℃时即能着火燃烧）。

试回答：

（1）实验过程中可观察到：白磷燃烧，产生，活塞先向右移动（白磷燃烧放

热使气体膨胀），燃烧停止冷却后再向左移动，最终停在刻度处。

（2）由此实验可以得出，空气中氧气的体积约占空气体积的。

【答案】（1）白烟 4

（2）1/5

类型三、考查纯净物和混合物

3.下列各组物质都属于纯净物的是( )

A.海水蒸馏水

B.汽油柴油

C.氯酸钾干冰

D.洁净的空气石灰水

【答案】C

【解析】蒸馏水、氯酸钾和干冰为纯净物，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】（2014?江苏中考）下列属于纯净物的是（）

A．海水B．空气C．白酒D．金刚石

【答案】D

【解析】海水是由水、氯化钠和氯化镁等多种物质组成的混合物；空气是由氧气、氮气等多种物质组成的混合物；白酒是由乙醇、水等组成的混合物；金刚石是由碳元素组成的单质，属于纯净物。

类型四、考查空气污染

4.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.二氧化碳

C.氮气

D.粉尘

【答案】D

【反馈练习】

1.下列过程的原理，一定包含化学变化的是(C)

A.蒸发

B.导电

C.燃烧

D.灭火

2.下列变化，属于化学变化的是(B)

A.矿石粉碎

B.纸张燃烧

C.酒精挥发

D.冰雪融化

学习内容三物理变化与化学变化的区别与联系

【讨论交流】

分析蜡烛燃烧过程中有什么变化发生?

【温馨点拨】

物理变化和化学变化是相互联系的。分析蜡烛燃烧的过程：

同时发生

蜡烛燃烧的过程中同时进行着熔化，但熔化的过程中却有一部分在燃烧。

【名师归纳】

物理变化不难辨，没有新物质出现;化学变化则不然，物质本身已改变;两种变化有区别，有无新物作判断;两种变化有关联，化变中间有物变。