2.1.1 空气的组成（提升练）

原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 2.1.1 空气的组成 基础巩固 1.空气是多种气体的混合物，下列生产生活中用到的气体来自空气的是（ ） A．填充气球用到的氦气 B．制硝酸用到的二氧化氮 C．炼铁用到的一氧化碳 D．做饭用到的天然气 2.（23-24·山东淄博·期末）空气中下列各成分所占的体积由小到大的顺序是（ ） ①氧气 ②氮气 ③二氧化碳 ④稀有气体 A．③④①② B．④③①② C．②①④③ D．①③②④ 3.（2024·江苏盐城·模拟）拉瓦锡利用如图实验研究空气成分，下列说法合理的是（ ） A．汞槽和曲颈甑中汞的作用都是消耗氧气 B．将曲颈甑中的汞换成木炭不影响测定结果 C．结束加热后不需冷却，立即测量玻璃钟罩中汞柱上升的高度 D．实验结束后，发现曲颈甑中剩余气体不支持燃烧，说明空气为混合物 【易错】4.下列物质中，属于纯净物的是（ ） A.洁净的空气 B.水泥砂浆 C.液氮 D.汽水 5．通过数字化仪器进行空气中氧气含量的测定，密闭容器内的氧气含量和压强变化曲线如 图所示，说法不正确的是（ ） 基础巩固 能力提升 素养拓展 模块导航 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 A．数字化能为探究提供更为直观的证据 B．该实验中红磷量的多少，对该反应的准确性无影响 C．瓶内压强先升高是因为温度升高 D．压强大幅下降是因为氧气被消耗和恢复室温 能力提升 6．许多旅客乘火车经过青藏铁路穿越青藏高原时，会发生高原反应，感到呼吸困难，这是 因为高原地区空气里（ ） A．氧气体积分数远远低于 21％ B．氧气体积分数仍约为 21％，但空气稀薄 C．氮气体积分数远远超过 78％ D．二氧化碳气体含量大大增多 7．（2024·安徽阜阳·质检）如图是我国“祝融号”火星车测得的火星大气成分的体积分数，从 图中可知，火星与地球的大气成分是不同的。下列有关说法错误的是（ ） A．地球和火星的大气中均含有二氧化碳 B．地球上氮气的体积分数比火星上的大 C．假如分别收集一瓶地球和火星上的大气，可用澄清石灰水来鉴别 D．假如分别收集一瓶地球和火星上的大气，可用带火星的木条来鉴别 8．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（ ） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 3 A．铜粉用量的多少，对实验结果有影响 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 1/5 【易错】9．某班同学用课本装置测定空气中氧气的含量，先用弹簧夹夹住乳胶管，点燃红 磷，伸入瓶中并塞紧瓶塞，待红磷熄灭并冷却后打开弹簧夹，观察集气瓶中的水面变化情 况。实验完毕，甲同学的瓶中水面上升小于瓶内空气体积的 1 5，乙同学的瓶中水面上升大 于瓶内空气体积的 1 5。下列对这两种现象的解释合理的是（ ） ①甲同学可能使用红磷的量不足 ②甲同学可能未塞紧瓶塞 ③乙同学可能没夹紧弹簧夹 ④乙同学可能插入燃烧匙速度太慢 A．①③ B．②④ C．①②③ D．①②③④ 10．图中甲装置使用了传感器技术实时测定红磷燃烧时装置内压强、温度、氧气浓度的变 化，图乙是实验测得的数据，则下列说法正确的是（ ） A．X 曲线测量的是氧气浓度的变化 B．Y 曲线表示的是温度变化的情况 C．图中 d 点时打开活塞，水开始倒吸到广口瓶中 D．图中 cd 段压强下降的原因只是红磷燃烧，消耗氧气 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 4 11．（1）根据空气的成分填空: ①小白鼠在装有空气的密闭容器中可存活一段时间，说明空气中含有 。 ②石灰水长期露置在空气中会出现白色固体物质，说明空气中含有 。 ③夏天，盛放冰棒的杯子外壁上附有一层水珠，说明空气中含有 。 （2）已知空气中氧气的体积分数为 21%，小兰同学用如图装置进行验证，实验后发现测得 的氧气体积分数小于 1/5，请你帮她分析造成这种结果的可能原因（至少答两 点）: 。 12．某化学研究小组在学习了“空气中氧气含量测定”实验的基础上，对教材中的实验装置 进行了改进，设计出如图 1所示的实验装置，实验时在粗铜丝末端的燃烧匙中放入足量白 磷。图 2为用气体压强传感器测得的广口瓶中气压变化情况。据图回答下列有关问题。 (1)白磷燃烧的文字表达式为 。 (2)导致 DE段气压变化的实验操作是 。 (3)实验初步测定了空气中氧气的含量，也说明了空气中氮气具有的物理性质是 。 (4)实验前在集气瓶中预先放入了 a mL的水，若流入集气瓶中水的体积为 b mL，则集气瓶 的内部体积大约为 。 素养拓展 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 5 13．小乐利用图甲所示装置测定空气中氧气的含量，其中燃烧匙内的白磷用电加热装置点 燃，瓶内气压用气体压强传感器测定，其变化如图乙所示，则下列分析合理的是（ ） A．t1时刻后的一段时间内瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧产生大量白烟 B．从瓶内气压达到最高点直至 t2时刻，瓶内温度始终保持不变 C．通过 t2时刻瓶内的气压值，可以计算得出氧气约占空气体积的 1/5 D．t3时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，其原因是气体的体积减小 14．某化学兴趣小组同学设计了多组实验装置测定空气中氧气的含量。 (1)甲同学设计如图装置进行实验。实验过程中观察到烧杯中的水被倒吸入集气瓶中，其原 因是 。。实验过程中经常会出现水小于 1/5的结果，请你分析可能原因之一 是 。 (2)乙同学设计计出了如图所示的实验装置。 实验过程： ①检查装置的气密性，气密性良好； ②在集气瓶里装进适量 a 体积的水，燃烧匙里放一块白磷(40℃即可燃烧)，按图示装置连接 仪器，然后在酒精灯上把玻璃棒下加热，玻璃棒的作用为 ③把预先加热过的玻璃棒按下与白磷接触，观察到白磷立即着火燃烧，该反应的文字表达 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 6 式为： ； ④待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是 b，整个集气瓶的体积是 c。从白磷 开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是 ； ⑤已知 c=100 mL a=20 mL，如果实验非常成功，则 b= mL。 实验反思： 组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进适量 a 体积的水”非常不理解。咨询了组长小明之 后，他终于明白“a 体积的水”的作用主要是 。 ②在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验最后产生的实际值可能 大于理论值的是 A．装置气密性不好 B．实验前集气瓶里没有装 a 体积的水 C．集气瓶没有冷却到室温 D．用红磷代替白磷(红磷的着火点在 240℃左右) ⑥图 2与图 1两种实验方案相比，其优点是： 。 15．（23-24·江苏苏州·期中）科学探究和证据推理是化学学科的核心素养。化学兴趣小组利 用图 1装置对“测定空气中氧气的含量”实验进行探究，并基于证据进行推理分析。 I.氧气是参与“氧循环”的重要物质。 (1)图 3为空气成分示意图，物质 A为 。 (2)用图 1装置测出空气中氧气体积分数小于 1/5，可能的原因是 。（答一点） (3)利用图 1装置测定空气中氧气含量并结合传感器技术，测得实验过程中容器内气体压强、 温度的变化趋势如图 2所示。请结合实验原理，解释引起 DE段气体压强变化的操作 是： 。 Ⅱ.用镁条测定空气中氧气的含量 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 某同学进行图 4所示实验时发现，产物中有少许黄色固体。 【提出问题】黄色固体是什么呢？ 【查阅资料】 ①氧化镁为白色固体； ②镁能与空气中的氮气反应生成黄色的氮化镁固体； ③氮化镁可与水反应生成氨气。 ④氨气易挥发，溶于水，使无色酚酞变红。 【做出猜想】黄色固体为氮化镁 【实验过程】进行图 5所示实验：取燃烧产物于烧杯 B中，加入适量水，然后用大烧杯罩 住烧杯 A和 B。 【实验结论】 (4)观察到的现象是 ，据此可推断燃烧产物中含氮化镁。 【反思交流】 (5)进行图 4所示实验时，在确保规范操作的前提下，该同学所测得的空气中氧气的体积分 数 （填“大于”、“小于”或“等于”）1/5。 【拓展延伸 1】已知白磷燃烧所需要的最低温度为 40℃。锥形瓶内空气体积为 230 mL，注 射器中水的体积为 50 mL，按图 6所示连接好仪器，夹紧弹簧夹，先将锥形瓶底部放入热 水中，白磷很快被引燃。 (6)整个实验过程中，气球的变化是 ；待白磷熄灭后冷却至室温后打开弹簧夹，还 可观察到注射器中的水自动喷射出来，原因是 。 (7)若瓶内白磷和细沙的体积忽略不计，当注射器中的水还剩 8.0 mL时停止流下，根据该实 验可得出空气中氧气的体积分数为 。（结果保留一位小数） 【拓展延伸 2】“温控保鲜”和“气调保鲜”是两类食品保鲜技术。它们通过降低温度和改变气 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 8 体成分，达到抑制储藏物细胞呼吸的目的。如图 7所示是工业上用膜分离技术实现“气调保 鲜”的流程。 (8)冰箱中常用的是“气调保鲜”，在空气分离后，进入冰箱保鲜室内的气体是 （填“富 氧空气”或“富氮空气”）。 (9)富氧空气中氧气和其他气体的体积比可能是________（填字母）。 A．1:3 B．1:4 C．1:5 D．1:6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 2.1.1 空气的组成 答案解析 基础巩固 1.【答案】A 【解析】解：A.填充气球用到的氦气，氦气属于稀有气体，密度比空气小；故选项正确； B.制硝酸用到的二氧化氮，二氧化氮不是空气的成分；故选项错误； C.炼铁用到的一氧化碳，一氧化碳不是空气的成分；故选项错误； D.做饭用到的天然气，天然气不是空气的成分；故选项错误。 故选 A。 2.【答案】A 【解析】空气中各组分的体积含量为：氮气 78%、氧气 21%、稀有气体 0.94%、二氧化碳 0.03%，故选 A。 3.【答案】D 【解析】A.曲颈甑中汞在加热的条件下，与氧气反应，且生成物为固体；汞槽中汞隔绝氧 气，形成液封，不会消耗氧气，错误； B.木炭在空气中燃烧生成二氧化碳，二氧化碳是气体，化学反应前后，压强的变化不大， 无法测定空气中氧气的含量，错误； C.结束加热后，应等冷却至室温后，测量玻璃钟罩中汞柱上升的高度，否则气体受热膨胀， 占据了一定的体积，会导致测定结果偏小，错误； D.空气中氧气与汞反应，剩余气体不支持燃烧，说明存在两类物质，至少由两种物质组成， 空气为混合物，正确。 故选 D。 4.【答案】C 【解析】空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等物质，水泥砂浆中含有多种物质，汽水中含 有气体、水、添加剂等物质，A、B、D中的物质都是由多种物质组成的，属于混合物；而 液氮只含有氮气一种物质，属于纯净物。 5．【答案】B 【解析】A.由数字化设备得到的密闭容器内的氧气含量和压强变化曲线图，可以清晰的看 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 到氧气含量的变化，数字化能为探究提供更为直观的证据，说法正确，不符合题意； B.为了将装置内的氧气耗尽，红磷的量必须足量，红磷量不足，会导致氧气不能完全耗尽， 进而导致实验测得的氧气含量偏小，所以红磷量的多少对实验的结果的准确性有影响，说 法错误，符合题意； C.红磷燃烧放出大量的热，温度升高，气体膨胀，压强增大，所以瓶内压强先升高是因为 反应放热、温度升高导致，说法正确，不符合题意； D.实验后压强恢复是因为红磷燃烧消耗了瓶内氧气，装置内气体体积减小，反应结束后温 度降低，压强减小，说法正确，不符合题意。 故选 B。 能力提升 6．【答案】B 【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%。由于空气的成分一般是固定不变的，许多旅客乘车穿 越青藏高原时，会发生高原反应，感到呼吸困难，这是因为高原地区空气比较稀薄，空气 中各成分的含量不变，氧气体积分数仍为 21%，由于空气稀薄，氧气的含量相对来说就少 了，故选 B。 7．【答案】D 【解析】A.如图，地球和火星的大气中均含有二氧化碳，选项正确； B.如图，火星上氮气的体积分数小于 20%，空气中氮气体积分数是 78%，故地球上氮气的 体积分数比火星上的大，选项正确； C.假如分别收集一瓶地球和火星上的大气，如图，火星大气中二氧化碳含量较高，因此加 入石灰水后会使其明显变浑浊，而空气中二氧化碳含量为 0.03%，故现象不明显，选项正 确； D.如图，空气以及火星大气中的氧气含量均不能使带火星的木条复燃，因此无法用带火星 的木条鉴别，选项错误。 故选 D。 8．【答案】D 【解析】A.若铜粉用量不足，则不能完全消耗装置中的氧气，会影响实验结果，导致测定 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 3 结果偏小，正确； B.实验结束后冷却到室温才能读数，以防止剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，正 确； C.气球的作用是调节气压，使氧气完全反应，正确； 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和玻璃管内气体 总体积的 1/5，错误。 故选 D。 9．【答案】D 【解析】①红磷量不足，使集气瓶内的氧气没有完全消耗，水面上升小于五分之一，故① 正确； ②瓶塞未塞紧，装置漏气，部分空气进入集气瓶，使集气瓶内的体积减少量变小，水面上 升小于五分之一，故②正确； ③红磷燃烧，使集气瓶内气体的温度升高，气体受热膨胀，止水夹没夹紧，部分气体从导 气管跑出来，水面上升大于五分之一，故③正确； ④红磷燃烧，使集气瓶内气体的温度升高，气体受热膨胀，插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之 前气体从瓶口出去，使集气瓶内的气体减少量大于氧气的消耗量，水面上升大于五分之一， 故④正确。 综上所述，①②③④项正确，故选 D。 10．【答案】C 【解析】A.红磷燃烧消耗氧气，放出大量的热，随着反应的进行，氧气浓度逐渐减小。X 曲 线测量的是温度的变化，此选项错误； B.红磷燃烧消耗氧气，随着反应的进行，氧气浓度逐渐减小。当氧气浓度小到一定程度时， 不能再支持燃烧，冷却至室温，打开止水夹，水进入，氧气的浓度又逐渐增大到一定量， 所以反应 Y 曲线表示的是氧气浓度变化的情况，此选项错误； C.图中 d 点所在的曲线表示压强的变化，红磷燃烧放出大量的热，容器内压强变大，随着 温度逐渐降低，压强逐渐减小。打开活塞，水开始倒吸到广口瓶中，容器内压强变大，此 选项正确； D.图中 cd 段压强下降的原因除了红磷燃烧，消耗氧气外，含有温度降低的原因，此选项错 误。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 4 故选 C。 11．【答案】氧气 二氧化碳 水蒸气 红磷的量不足，瓶内氧气没有耗尽；装 置漏气，使外界空气进入瓶内；未待装置冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体 积减少等（写其中两点即可） 【解析】①小白鼠在装有空气的密闭容器中可存活一段时间，说明空气中含有氧气； ②石灰水长期露置在空气中会出现白色固体物质，说明空气中含有二氧化碳； ③夏天，盛放冰棒的杯子外壁上附有一层水珠，说明空气中含有水蒸气； ④实验后发现测得的氧气体积分数小于 1/5，造成这种结果的可能原因：红磷的量不足，瓶 内氧气没有耗尽；装置漏气，使外界空气进入瓶内；未待装置冷却至室温就打开弹簧夹， 使进入瓶内的水的体积偏少等（写其中两点即可）。 12．【答案】磷+氧气  点燃 五氧化二磷 打开弹簧夹 不溶于水 （5b+a）mL 【解析】（1）白磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：磷+氧气  点燃 五氧化二磷。 （2）DE段气压突然变大，实验操作是打开弹簧夹，水进入广口瓶，故填：打开弹簧夹。 （3）水不能全部进入集气瓶，说明了空气中氮气具有的物理性质是不溶于水，故填：不溶 于水。 （4）实验前在集气瓶中预先放入了 a mL的水，集气瓶内空气中氧气体积约占 1 5 ，若流入 集气瓶中水的体积为 b mL，则集气瓶的内部体积大约为（5b+a）mL。 素养拓展 13．【答案】C 【解析】A.t1时刻后的一段时间内瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧产生大量的热， 造成气体体积膨胀引起的，选项分析错误； B.从瓶内气压达到最高点直至 t2时刻，瓶内温度先降低，后保持不变，选项分析错误； C.通过 t2时刻瓶内的气压值，可以计算得出氧气约占空气体积的 100-80 1= 100 5 ，选项分析正确； D.t3时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，其原因是打开瓶塞，瓶内气压恢复至外界 大气压，D错误。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 5 故选 C。 14．【答案】(1)磷燃烧消耗了氧气，装置中压强减小 装置的气密性不好、白磷的量不 足、没有冷却到室温就打开弹簧夹读数或氧气消耗到一定浓度不能继续与红磷发生反应等 (2)引燃白磷 磷+氧气 点燃 五氧化二磷 先下降，后上升 36 形成液封且吸 收五氧化二磷 B 实验结果更准确 【分析】氧气体积约占空气体积的五分之一；磷燃烧消耗了氧气，装置中压强减小，水进 入装置，进入装置中水的体积就是消耗氧气的体积。 【解析】（1）实验过程中观察到烧杯中的水被倒吸入集气瓶中，其原因是磷燃烧消耗了氧 气，装置中压强减小，水进入装置； 实验过程中观察到的现象是水倒流，实验过程中经常会出现水小于 1/5的结果，可能原因 是：装置的气密性不好、白磷的量不足、没有冷却到室温就打开弹簧夹读数或氧气消耗到 一定浓度不能继续与红磷发生反应等； （2）实验过程： ②利用热的玻璃棒给白磷加热，玻璃棒的作用为引燃白磷； ③磷和氧气点燃生成五氧化二磷，磷+氧气点燃 五氧化二磷； ④从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降，后上升；因 为开始时，燃烧放热使气体体积膨胀，冷却后收缩，因此先下降，后上升； ⑤根据 a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数，氧气约占空气体积的五分之一， 已知 c=100 mL a=20 mL，因此氧气的体积为(100-20) 1 5  =16 mL，进入水的体积就是消耗 氧气的体积，则 b=20+16=36 mL； 实验反思： ①实验前集气瓶里要装进适量 a体积的水的作用是：形成液封且吸收五氧化二磷减少污染， 防止实验过程中反应放热气体膨胀，集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果 及生成的产物导致污染； ②A. 装置气密性不好，白磷燃烧结束后冷却时外界气体进入集气瓶，使瓶内气体减少的量 比氧气少，测定结果偏小； B. 实验前集气瓶里没有装 a体积的水，在磷燃烧时，因放出大量热使气体膨胀，使一部分 气体在导管逸出，最终导致测定结果偏大； 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 6 C. 集气瓶没有冷却到室温，导致剩余气体膨胀，进入集气瓶的水偏少，测定结果偏小； D. 用红磷代替白磷（红磷的着火点在 240℃左右）。由于红磷和白磷与氧气的反应产物相 同，故没有影响。 故选 B。 ⑥图 2与图 1两种实验方案相比，其优点是整个反应在密闭装置中进行，减小了实验误差， 实验结果更准确（合理即可）。 【点睛】测定氧气在空气中的体积分数的实验探究，要把空气中的氧气消耗掉，在本实验 中用的是红磷和白磷；要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②白磷 足量；③必须冷却到室温再读数。 15．【答案】(1)氮气 (2)红磷的量不足/装置漏气/未等冷却到室温就打开弹簧夹 (3)打开弹簧夹 (4)B烧杯中产生气泡，A烧杯中滴有酚酞的蒸馏水变红 (5)大于 (6)先变大后变小 白磷燃烧消耗了氧气，使瓶中气压降低 (7)18.3% (8)富氮空气 (9)A 【解析】(1)由于空气中氮气的体积分数约是 78%，据图可知物质 A为氮气，化学式为 N2； (2)造成测得的氧气体积分数偏小的可能原因有：红磷的量不足、装置漏气、未等冷却到室 温就打开弹簧夹等； (3)装置中红磷燃烧，放出大量的热，消耗氧气，反应完全后冷却至室温，打开弹簧夹，由 于内外的压强差，烧杯中的水进入集气瓶中，故引起 DE段气体压强变大的操作是打开弹 簧夹； (4)由于氮化镁可与水反应生成氨气，氨气易挥发，溶于水，使无色酚酞变红，所以观察到 的现象是 B烧杯中产生气泡，A烧杯中滴有酚酞的蒸馏水变红，可推断燃烧产物中含氮化 镁； (5)镁燃烧不仅消耗集气瓶内氧气，镁还和氮气反应生成氮化镁，使得集气瓶内气体减少的 体积大于 1 5 ； 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 (6)白磷燃烧放热，使装置内压强变大，气球膨胀；待反应结束，冷却至室温后，红磷燃烧 消耗了氧气，装置内压强减小，气球变小，故整个实验过程中，气球先变大后变小；待白 磷熄灭后冷却至室温后打开弹簧夹，还可观察到注射器中的水自动喷射出来，原因是白磷 燃烧消耗了氧气，使瓶中气压降低，在外界大气压的作用下，注射器中的水自动喷射出来； (7)进入的水的体积即为消耗的氧气的体积，为：50 mL-8.0 mL=42 mL；则空气中氧气的体 积分数为： 42 100% 18.3% 230 mL mL   ； (8)在空气分离后，进入冰箱保鲜室内的气体是富氮空气，是因为富氮空气中氮气含量较高， 氮气化学性质不活泼； (9)此时氧气含量为： 1 100% 25%1 3    >21%，即大于空气中氧气的含量，故 A正确。