資源簡介

第3講：空氣的認識、組成及探究
專題一：拉瓦希實驗
二百多年前，法國化學家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。
這個著名實驗是：把少量的汞放在一個密閉的容器里連續(xù)加熱12天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一部分銀白色的液態(tài)汞（化學符號Hg）變成了紅色粉末（氧化汞，化學符號HgO），同時容器里空氣的體積減少了約1/5；他研究了剩余的那部分氣體，發(fā)現(xiàn)它既不能供動物呼吸，也不支持燃燒，這正是氮氣（化學符號N2）；他把汞表面生成的紅色粉末收集起來，放在另一個容器里加熱，除了得到汞以外，還得到了氧氣（化學符號O2），而且氧氣的體積恰好等于密閉容器里減少的氣體體積；他把得到的氧氣加到前一個容器中剩下的約4/5體積的氣體里，結(jié)果得到的氣體與空氣的性質(zhì)完全一樣。
拉瓦錫實驗結(jié)論：空氣由氧氣和氮氣組成，其中氧氣約占空氣總體積的1/5。
相關(guān)化學反應：
【例1-1】空氣中氮氣與氧氣的體積比約為 。
【例1-2】早期化學家為了認識空氣的本質(zhì),將一些物質(zhì)放在密閉的容器中進行實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：每次都有約1/5的空氣不知去向。當時化學家把這1/5的空氣稱為“有用空氣”這種“有用空氣”是指( )
A. 氮氣 B. 二氧化碳 C. 氧氣 D. 稀有氣體
【練1-1】第一次明確提出空氣是由氧氣和氮氣組成的科學家是（ ）
A．道爾頓 B．阿伏伽德羅 C．門捷列夫 D．拉瓦錫
【練1-2】空氣中含量較多且化學性質(zhì)不活潑的氣體是（ ）
A. 氧氣 B. 氮氣 C. 水蒸氣 D. 二氧化碳
專題二：紅磷燃燒實驗
實驗用品 集氣瓶、燃燒匙、橡膠塞、導管、彈簧夾、膠皮管、燒杯、紅磷、火柴、水
實驗裝置
實驗原理 點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞緊。過量的紅磷燃燒時消耗盡瓶中的氧氣，生成五氧化二磷固體(沒生成氣體)，瓶內(nèi)氣體減少，壓強降低，低于外界大氣壓，水會自動進入容器中來補充。進入水的體積即為消耗的氧氣的體積。
實驗步驟 ①連接裝置 ②檢查裝置的氣密性 ③先在集氣瓶里加入少量水，再把剩余容積用記號劃分成5等份，用彈簧夾夾緊膠皮管。 ④在燃燒匙內(nèi)放入足量的紅磷，點燃紅磷，立即伸入瓶中并把瓶塞塞緊。 ⑤待紅磷熄滅，冷卻至室溫后，打開彈簧夾，觀察現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象 ①紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，放出大量熱，生成白色固體。 ②冷卻至室溫后，打開彈簧夾，水經(jīng)導管流入集氣瓶，約上升到刻度“1”處，進入集氣瓶內(nèi)水的體積約占集氣瓶內(nèi)空氣總體積的1/5。
實驗分析 紅磷燃燒消耗掉集氣瓶內(nèi)的氧氣，生成的五氧化二磷固體極易溶于水，幾乎不占有體積，因此，水進入集氣瓶來補充氧氣的體積。由此證明氧氣約占空氣體積的1/5。 燃燒匙內(nèi)剩余的紅磷不再燃燒，集氣瓶內(nèi)的水面上升到一定高度后就不能繼續(xù)上升，說明氮氣不能燃燒也不支持燃燒且不易溶于水。
實驗結(jié)論 （1）氧氣約占空氣總體積的1/5, （2）氮氣不能燃燒，也不支持燃燒，且不易溶于水
實驗成功的關(guān)鍵 ①紅磷要稍過量；②裝置不能漏氣；③彈簧夾要夾緊膠皮管；④點燃紅磷后伸入集氣瓶中的速度要快；⑤待集氣瓶的溫度達到室溫后再打開彈簧夾，不要過早打開。
進入集氣瓶內(nèi)的水偏少 進入集氣瓶內(nèi)水的體積小于瓶內(nèi)體積的1/5：（1）橡膠塞未塞緊裝置漏氣，等待冷卻的過程中就有空氣從集氣瓶口進入，使集氣瓶內(nèi)空氣變多，水進入的體積變少（2）紅磷量不足，氧氣沒能夠完全被消耗（3）未冷卻至室溫就打開彈簧夾，紅磷燃燒放熱集氣瓶內(nèi)壓強變大，壓強差變小，導致進入瓶中水的體積減小）（4）導管內(nèi)事先沒注滿水
進入集氣瓶內(nèi)的水偏多 進入集氣瓶內(nèi)水的體積大于瓶內(nèi)體積的1/5：（1）點燃紅磷后插入集氣瓶太慢，緩慢伸入過程中，紅磷燃燒，集氣瓶內(nèi)空氣受熱膨脹會跑出集氣瓶，瓶內(nèi)氣體減少，壓強變小，壓強差變大，進入的水的體積變大（2）彈簧夾未夾緊，在加熱過程中，氣體膨脹，空氣從導管口逸出，瓶內(nèi)壓強變小，壓強差變大，進入水的體積變大
對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響的其他因素 （1）當氧氣你濃度較低時，紅磷不能繼續(xù)燃燒，氧氣剩余，會對結(jié)果產(chǎn)生影響 （2）玻璃導管內(nèi)有空氣，會對實驗產(chǎn)生影響
注意：集氣瓶底放水的作用是: ①吸收有毒的五氧化二磷；②防止燃燒物濺落瓶底使集氣瓶底炸裂；③吸收熱量，縮短冷卻時間。
“煙”是固體小顆粒，“霧”是小液滴。
實驗操作要點巧記：導管注水要提前，紅磷足量是關(guān)鍵；保證裝置不漏氣，冷至室溫后讀數(shù)。
【例2-1】某實驗小組同學用下圖裝置測定空氣中氧氣的含量。先用彈簧夾夾住膠皮管。點燃紅磷，伸入瓶中并塞上瓶塞。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察廣口瓶內(nèi)水面變化情況。實驗完畢，甲同學的廣口瓶內(nèi)水面上升明顯小于瓶內(nèi)空氣體積的1/5，乙同學的廣口瓶內(nèi)水面上升明顯大于瓶內(nèi)空氣體積的1/5。下列對這兩種現(xiàn)象解釋合理的是(　　)
①甲同學可能使用紅磷的量不足，瓶內(nèi)氧氣沒有消耗完
②甲同學可能未塞緊瓶塞，紅磷熄滅冷卻時外界空氣進入瓶內(nèi)
③乙同學可能沒夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時瓶內(nèi)部分空氣從導管逸出
④乙同學可能插燃燒匙太慢，塞緊瓶塞之前，瓶內(nèi)部分空氣受熱逸出
A．①③　 　　B．②④ C．①②③ D．①②③④
【例2-2】某化學興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置，
用于“測定空氣中氧氣的含量”（試管的容積為50mL，
注射器的活塞實驗前停在25mL處．容器內(nèi)紅磷足量）．
用酒精燈加熱裝置中的紅磷，充分反應直至燃燒結(jié)束，
試管冷卻，可觀察到裝置中活塞最終停留的接近刻度是（　　）
A．20mL處 B．15mL處 C．10mL處 D．5mL處
【練2-1】某同學用如圖所示的裝置測定空氣中氧氣的含量，實驗后發(fā)現(xiàn)所測定氧氣的體積分數(shù)低于．針對這一事實，你認為下列做法或想法不正確的是（　　）
A．查看實驗裝置是否漏氣
B．將紅磷改為蠟燭再重做實驗
C．實驗中紅磷的量可能不足，沒有將瓶內(nèi)氧氣完全消耗
D．反應后未冷卻至室溫就打開止水夾，使進入瓶內(nèi)水的體積減少
【練2-2】如圖所示，在一個具有刻度和可以左右滑動的活塞的
玻璃容器里放入白磷（足量），活塞左端管內(nèi)密封有空氣，右端
的管口跟空氣連通。將玻璃容器固定在盛有80℃熱水（恒溫）的
燒杯上，進行實驗（白磷被加熱到40 ℃時即能著火燃燒）。試回答：
（1）實驗過程中可觀察到：白磷燃燒，產(chǎn)生 ，活塞先向右移動
（白磷燃燒放熱使氣體膨脹），燃燒停止冷卻后再向左移動，最終停在刻度 處。
（2）由此實驗可以得出，空氣中氧氣的體積約占空氣體積的 。
【練2-3】如圖是“空氣中氧氣體積分數(shù)測定“實驗的改進裝置．主要
操作是：在實際容積為150mL的集氣瓶里，先裝進50mL的水，再按
如圖連好儀器，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃．（提示：白磷與
紅磷化學性質(zhì)類似，在40℃就能夠燃燒也生成五氧化二磷）下列說
法正確的是（ ）
①該實驗中白磷燃燒產(chǎn)生大量白色煙霧
②整個實驗過程中集氣瓶內(nèi)水面的現(xiàn)象是先下降后上升
③若集氣瓶中無水，則導致實驗最后產(chǎn)生的實際值偏小
④最終集氣瓶中液面上升了70ml
⑤該實驗還可得出剩余氣體不可燃燒也不支持燃燒
A ③④ B ②⑤ C ①③⑤ D ②④
專題三：空氣的組成
19世紀以前，人們都一直認為空氣中僅含由氧氣和氮氣。后來才陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了氦、氖、氬、氪、氙、氡等稀有氣體。目前已經(jīng)能精確測定空氣成分。通過實驗測定，空氣中各成分的體積分數(shù)如下表：
成分 氮氣 氧氣 稀有氣體 二氧化碳 其他
體積分數(shù) 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03%
注意：
①空氣中各氣體的含量是體積分數(shù)，不是質(zhì)量分數(shù)。
②空氣是一種混合氣體，組成比較固定，特別是氧氣、氮氣、稀有氣體的成分幾乎不變，但個別地區(qū)略有不同。
巧記口訣：氮七八，氧二一，零點九四是稀氣；還有兩個點零三，二氧化碳和雜氣；體積分數(shù)要記清，莫與質(zhì)量混一體；化學計算常用到，時刻牢記在心底。
空氣是一種寶貴的資源，空氣中各種成分作為原料廣泛的用于生產(chǎn)化肥，化工產(chǎn)品，煉鐵，石油加工等領域。是人類生產(chǎn)活動的重要資源。
1、氧氣
物理性質(zhì)：無色無味，不易溶于水
化學性質(zhì)：支持燃燒，供給呼吸
用途：供給呼吸，煉鋼，醫(yī)療急救，氣焊，氣割以及化工生產(chǎn)和航空航天。
2、氮氣
物理性質(zhì)：無色無味，不溶于水
化學性質(zhì)：不活潑（很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應）
用途：制造硝酸和化肥的重要原料，由于化學性質(zhì)不活潑常用作保護氣，醫(yī)療上用液氮作麻醉劑，還可以用作超導材料。
3、稀有氣體
稀有氣體是指氦、氖、氬、氪、氙、氡的統(tǒng)稱。
物理性質(zhì)：無色無味，通電時能發(fā)出不同顏色的光。
化學性質(zhì)：很不活潑
用途：用作航標燈，霓虹燈，閃光燈的光源，激光技術(shù)和醫(yī)療麻醉。
【例3-1】下列關(guān)于空氣成分的說法正確的是(　　)
A．空氣是一種單一的物質(zhì)
B．空氣中含量最多的氣體是氮氣，氮氣的質(zhì)量約占空氣質(zhì)量的78%
C．一般情況下，空氣的成分是比較固定的，主要由氮氣和氧氣組成
D．空氣中只含有氮氣和氧氣
【例3-2】空氣中含量較多且化學性質(zhì)不活潑的氣體是（　　）
A．氧氣 B．氮氣 C．水蒸氣 D．二氧化碳
【例3-3】關(guān)于稀有氣體的敘述中，錯誤的是（　 ）
A.通電時發(fā)出有色的光 B.都是無色無味的氣體
C.不和其他物質(zhì)發(fā)生化學反應 D.在空氣中的含量為0.94%
【練3-1】下列關(guān)于空氣的說法中錯誤的是（　　）
A. 空氣是人類寶貴的自然資源 B. 空氣中的氮氣常用作保護氣
C. 空氣中的稀有氣體常用作滅火劑 D. 空氣中的氧氣主要來自植物的光合作用
【練3-2】小林從冰箱里拿出冰凍的飲料，用干布擦凈瓶外壁的水，放置于桌面片刻，發(fā)現(xiàn)瓶外壁又掛滿水珠，這說明空氣中有（　　）
A．氮氣 B．氧氣 C．二氧化碳 D．水蒸氣
【練3-3】下列關(guān)于空氣的說法中，錯誤的是（　　）
A．空氣中含有少量稀有氣體，它們可以制成多種用途的電光源
B．空氣中分離出的氮氣化學性質(zhì)不活潑，食品包裝中充氮氣可以防腐
C．空氣中的氧氣化學性質(zhì)比較活潑，在一定條件能與許多物質(zhì)發(fā)生反應
D．按質(zhì)量計算，空氣中約含氮氣78%、氧氣21%、稀有氣體等成分1%
專題四：混合物和純凈物
像空氣這樣由兩種或兩種以上物質(zhì)混合而成的物質(zhì)叫混合物。氮氣，氧氣，二氧化碳等只由一種物質(zhì)組成的叫純凈物。
物質(zhì) 純凈物 混合物
概念 只由一種物質(zhì)組成的物質(zhì)叫純凈物 由兩種或兩種以上的物質(zhì)混合而成的物質(zhì)叫混合物（彼此之間不發(fā)生反應）
區(qū)別 ①一種物質(zhì) ②有固定的組成，可以用化學式表示 ③有固定的性質(zhì)（如固定的熔點、沸點等） ①含兩種或兩種以上的物質(zhì) ②沒有固定的組成，不能用化學式表示 ③無固定性質(zhì)（熔點、沸點隨雜質(zhì)的多少而發(fā)生變化）
舉例 氧氣、氮氣、二氧化碳、蒸餾水等 空氣、鹽水、糖水、礦泉水、鋁合金、醬油等
聯(lián)系
特別提醒：
狀態(tài)不是區(qū)分純凈物和混合物的標準，如冰水混合物，是一種物質(zhì)的兩種狀態(tài)，所以是純凈物。
【例4-1】以下的“水”屬于純凈物的是（ ）
A．雨水 B．礦泉水 C．海水 D．蒸餾水
【例4-2】指出下列哪些是混合物___________（填序號，下同），哪些是純凈物_____________。
①凈化后的空氣 ②二氧化碳 ③液態(tài)氧 ④澄清石灰水 ⑤稀有氣體 ⑥五氧化二磷 ⑦水 ⑧食醋 ⑨加碘食鹽
【例4-3】下列物質(zhì)中屬于混合物的是（ ）
A．氧氣 B．氮氣 C．空氣 D．五氧化二磷
【練4-1】下列物質(zhì)屬于純凈物的是（ ）
A．自然界的水 B．人呼出氣體 C．二氧化碳氣體 D．潔凈的空氣
【練4-2】下列說法不正確的是（ ）
A．將鐵粉和硫粉混合后，鐵和硫的化學性質(zhì)發(fā)生了改變
B．混合物沒有固定的組成
C．純凈物有固定的組成
D．純凈物可以用專門的符號表示其組成
【練4-3】下列物質(zhì)中，①海水 ②潔凈的空氣 ③過氧化氫溶液 ④液氧 ⑤加碘食鹽 ⑥冰水混合物⑦二氧化碳 ⑧稀有氣體 ⑨人呼出氣體 ⑩密閉容器內(nèi)紅磷燃燒后剩余的氣體
其中屬于混合物的是____________________（填序號，下同），屬于純凈物的是____________
專題五：空氣污染與防治
1、大氣污染物、污染源
（1）污染物：可吸入顆粒物，二氧化氮，二氧化硫，一氧化碳等
（2）污染源：工廠廢氣——含多種有害氣體
汽車尾氣——含一氧化碳、二氧化氮等
煤、石油、天然氣燃燒產(chǎn)物——煙塵、二氧化氮、二氧化硫
2、空氣污染的危害
被污染的空氣會嚴重損害人體健康，影響植物生長，損壞地面建筑，造成臭氧空洞，產(chǎn)生溫室效應形成酸雨，破壞生態(tài)平衡等。
（1）溫室效應：大氣中二氧化碳含量過高，使全球變暖
（2）酸雨：大氣中二氧化硫等氣體過多引起
（3）臭氧空洞：氟利昂，飛機尾氣等引起臭氧的消耗
（4）PM2.5：是直徑小于2.5微米的顆粒物
3、防止空氣污染的措施：①加強大氣質(zhì)量監(jiān)測
②減少化石燃料的使用，多利用清潔無污染的能源
③工廠廢氣處理后排放，汽車安裝尾氣凈化裝置
④積極植樹、造林、種草等
4、空氣污染指數(shù)
空氣污染指數(shù)包括可吸入顆粒物和一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧。
【例5-1】下列物質(zhì)不屬于空氣污染物的是（　　）
A．二氧化硫 B．一氧化碳 C．氮氣 D．可吸入顆粒物
【例5-2】2月29日，新發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中增加了PM2.5監(jiān)測指標．PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，對人體健康影響甚大，主要來源之一是化石燃料的燃燒．下列措施能減少PM2.5污染的是（　　）
A．鼓勵開私家車出行 B．鼓勵使用太陽能熱水器
C．鼓勵用煤火力發(fā)電 D．鼓勵用液化石油氣作燃料
【例5-3】霧霾是一種災害性天氣．下列與形成霧霾無關(guān)的是（　　）
A．水力發(fā)電 B．汽車尾氣 C．工業(yè)揚塵 D．焚燒秸稈
【練5-1】2022年北京、張家口將聯(lián)合舉辦冬奧會，為辦成綠色奧運會，下列措施不可行的是（　　）
A．發(fā)展公共交通，提倡綠色出行 B．增加使用太陽能、核能等新能源
C．改進燃煤鍋爐煙囪，將廢氣排到高空 D．改進燃煤技術(shù)，減少SO2與粉塵排放
【練5-2】今年的6月5日是世界第45個“世界環(huán)境日”，我國今年的主題是“改善環(huán)境質(zhì)量，推動綠色發(fā)展”．下列做法不符合這一主題的是（　　）
A．增加植樹造林面積
B．實行垃圾分類和回收
C．將農(nóng)田中產(chǎn)生的秸稈就地焚燒
D．出行方式盡量采用步行、騎自行車或乘公交車
【練5-3】2016年“世界地球日”活動主題為“節(jié)約集約利用資源，倡導綠色簡約生活”，下列說法不符合主題要求的是（　　）
A．回收廢舊電池，節(jié)約金屬資源、減少環(huán)境污染
B．采用“綠色化學”生產(chǎn)工藝，提高原料運用率
C．大力發(fā)展新能源，禁止使用化石燃料
D．生活垃圾分類回收，合理利用，減少污染
課后作業(yè)
1、下列有關(guān)空氣及其成分的說法中不正確的是（　　）
A．空氣污染物包括有害氣體和煙塵
B．空氣中分離出的氮氣可用于食品防腐
C．許多物質(zhì)能在空氣中燃燒說明氧氣的化學性質(zhì)比較活潑
D．空氣中含量最多的氣體是氧氣
2、按體積計算，空氣中含量最多的是（　 ）
A.氧氣 B.氮氣 C.稀有氣體 Ｄ．水蒸氣
3、空氣中含量較多且性質(zhì)比較活潑的氣體是（　 ）
　Ａ．氧氣　　　Ｂ．氮氣　　　　Ｃ．二氧化碳　　　Ｄ．水蒸氣
4、關(guān)于稀有氣體的敘述中，錯誤的是（　 ）
A.通電時發(fā)出有色的光 B.都是無色無味的氣體
C.不和其他物質(zhì)發(fā)生化學反應 D.在空氣中的含量為0.94%
5、右圖所示裝置可用于測定空氣中氧氣的含量，實驗前在集氣瓶內(nèi)加入少量的水，并做上記號，下列說法中不正確的是（　 ）
A.該實驗說明空氣中氧氣約占1/5的體積 B.實驗前一定要檢查裝置的氣密性
C.紅磷燃燒產(chǎn)生大量的白霧 D.實驗時紅磷一定要足量
6、下列物質(zhì)屬于純凈物的是（ ）
A．冰水 B．海水 C．鹽水 D．雨水
7、在我國的許多城市里，空氣質(zhì)量監(jiān)測的指標主要包括（　 ）
①懸浮顆粒（粉塵）②氧氣③二氧化碳④一氧化碳⑤氮氣⑥二氧化硫⑦稀有氣體⑧氮的氧化物（二氧化氮）
A.①④⑥⑧ B.②④⑦ C.③④⑥ D.①②③④
8、下列關(guān)于空氣的說法中錯誤的是（　　）
A. 空氣是人類寶貴的自然資源
B. 空氣中的氮氣常用作保護氣
C. 空氣中的稀有氣體常用作滅火劑
D. 空氣中的氧氣主要來自植物的光合作用
9、化學反應是一把雙刃劍，它對人類社會的進步與發(fā)展有利有弊，下列屬于化學反應對人類有弊的一個是（ ）
A.提高生活質(zhì)量 B.“神州六號”進入太空
C.大量燃燒含碳的燃料 D.提倡使用清潔能源
10、采用燃燒的方法除去密閉容器中空氣里的氧氣，以測定空氣中氧氣的含量，選用下列哪種物質(zhì)最為適宜（ ）
A.紅磷 B.硫磺 C.木炭 D.鐵絲
11、2013年6月9日，“八國集團首腦會議”一致同意減少溫室氣體的排放。請你根據(jù)空氣的組成回答下列問題：
（1）在物質(zhì)的分類中空氣屬于_____________________（填“純凈物”或者“混合物”）。
（2）在空氣的成分中，制造化肥并可以做保護氣體的是_____________________；能供給人類呼吸的是_____________________；溫室氣體是指_____________________。　
（3）稀有氣體可以做焊接金屬的保護氣，是利用了稀有氣體的_____________________。　
12、某同學設計了測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗裝置如圖。
該同學的實驗步驟如下：
①將圖中的集氣瓶分為5等份，并作好標記；
②在帶橡皮塞和導管的燃燒匙內(nèi)裝入足量的紅磷，將導管上的止水夾夾緊，在酒精燈上點燃紅磷，并立即伸入集氣瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞；
③充分反應后，待集氣瓶冷卻至室溫，打開止水夾。
請回答下列問題：
（1）該實驗中紅磷需稍過量，目的是　　 　　　　。
（2）步驟②集氣瓶中的現(xiàn)象是　　　　 　　，其反應的文字表達式為　　　 　　　；步驟③中打開止水夾后觀察到的現(xiàn)象是　　　　 　 　，由此可得出空氣中氧氣的體積約為空氣總體積的　　　　　　。
（3）該實驗可推論出氮氣　　　　（填“易”或“難”）溶于水和其化學性質(zhì)　　　　（填“活潑”或“不活潑”）的結(jié)論。
（4）若將紅磷換成炭粉，該實驗能否獲得成功？　　　成功，原因是　　　　　 　　　　　。

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