4.1空气的组成课件---2024--2025学年九年级化学鲁教版（2024）上册

第四单元 我们周围的空气 第一节 空气的组成 （2024鲁教版）九年级 上 学习目标 定量认识空气的组成 01 02 空气是一种重要的资源 03 关注空气质量 在这个世界上，对于大多数生命体而言，最为重要的就是空气了。虽然妳看不见，摸不着，但你时时都会接触到空气，一刻也离不开空气。你知道空气的成分是什么吗？你关注空气质量吗？空气中的氧 气除了供给呼吸外，还有哪些用途？怎样获得氧气？ 我们每时每刻都要吸入空气，空气成分的微小变化甚至会对人类的生存产生巨大的影响。你知道空气是由哪些成分组成的吗？你关注每天的空气质量报告吗？你对你所在地区的空气质量满意吗？ 一、定量认识空气的组成 在地球历史上，空气的成分曾经几度发生巨大变化，现在的空气约形成于3.5亿年前。长期以来，人们一直认为空气是一种单一成分的物质，后来通过科学研究才逐渐认识到空气组成的复杂性。现在我们知道，干燥洁净的空气主要是由氮气（N 2）、氧气（O 2）和稀有气体（主要为氩气，另外还有氦气、氖气等）组成的，另外还含有少量的二氧化碳（CO 2）和极少量的其他气体。 在小学科学课程中，我们已经知道空气中约含1/5体积的氧气。你知道怎样通过实验测定空气中氧气的含量吗？ 科学史话 空气成分的测定 拉瓦锡将银白色的液态汞(Hg)放在密闭的容器里连续加热12天，发现一部分汞变成红色粉末，同时容善里空气的体积差不多减少了约16%。他又研究了剩余的那部分空气。发现这部分空气既不能供给呼吸,也不能支持燃烧，他认为这部分气体都是氮气(拉丁文原意是“不能维持生命”)。 拉瓦锡又把汞表面生成的红色粉寒收集起来，放在一个较小的容器里再加热，又得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里下的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。这样、拉瓦锡首次测定出了空气中氧气和氮气的大致合量。 拉瓦锡测定空气成分的实验 1.拉瓦锡测定空气或分的实验为什么选择在密用容器中进行? 2.加热条件下，汞与氧气化合生成氧化录。拉瓦锡选择金属汞作为反应物有什么优点? 3.通过观察哪些现象、测量哪些数据就可以判断出空气中氧气的含量? 拉瓦锡的实验是依据空气混合物中各组分性质的差异，利用化学反应，在不引人新的气态杂质的前提下，将氧气转化为固态的氧化汞(HgO)，从而达到测定空气中氧气含量的目的。参照拉瓦锡的实验，我们如何设计实验装置来粗略地测定空气中氧气的含量呢? 测定空气中氧气的含量 仪 器 用 品 ： 铜 粉 、 硬 质 玻璃 管 （ 相 同 规 格 2 支 ）、 橡 皮 塞（带玻璃导管及不带玻璃导管各2 个）、量筒、酒精灯、铁架台（带铁夹）、气球、注射器。 实验步骤： 1. 将一支硬质玻璃管注满水（两端用橡皮塞封住）。然后打开上端橡皮塞，将水倒入量筒中，记录体积。 2. 如图所示：在另一支干燥的硬质玻璃管中装入铜粉，两端塞上带玻璃导管的橡皮塞，其中一端用气球密封。移动注射器活塞，在注射器中留下一定体积的气体，记录体积后与硬质玻璃管另一端密封连接。根据酒精灯的高度，将玻璃管固定在铁架台上。 3. 用酒精灯在铜粉部位加热，加热时不断推拉注射器。 4. 停止加热后，待玻璃管冷却至室温，将气球内的气体全部挤出。待注射器活塞稳定后，记录注射器中气体的体积。 在科学研究和社会生产、生活中，为了研究物质的某些性质或优化物质的某些性能，经常采用化学方法实现物质之间的转化。上述实验，就是依据混合物中各组分性质的差异，利用化学反应，在不引入新的气态杂质的前提下，将氧气转化为固态的氧化铜，从而达到测定空气中氧气含量的目的。 二、空气是一种重要的资源 空气不仅是生命赖以存在的物质基础，还是人类生产活动的重要资源，空气中的各种成分具有广泛的用途。 在工业上，通过降温加压使空气液化，然后加热液态空气，利用空气中氧气、氮气、稀有气体的沸点不同，使它们在不同温度下分别汽化，逐一从空气中分离出来。 氧气能供给生物呼吸，支持燃料燃烧，还能用于钢铁冶炼和金属焊接等。 氮气是工业上生产硝酸和氮肥（如碳酸氢铵、尿素等）的重要原料；食品包装袋中充入氮气可延长食品的保质期；液态氮气是很好的制冷剂，可用于冷藏血液等。 稀有气体（包括氦、氖、氩、氪、氙、氡）在通常条件下几乎不与任何物质发生化学反应，在通电时可以发出各种不同颜色的光，可用作工业生产和科学实验中的保护气，也可被填充在灯管中，用于制造多种用途的电光源。 稀有气体的发现 空气中存在稀有气体这一发现是由英国科学家瑞利和拉姆齐共同完成的。在此之前，人们普遍认为空气中除了少量的水蒸气和二氧化碳之外，其余的就是氧气和氮气了。1892年，物理学家瑞利利用灵敏度达0.0001g的天 平，在经过长达10年的气体密度测量工作之后，发现从空气中分离得到的氮气密度（1.2572 g/L）与分解含氮物质得到的氮气密度（1.2508 g/L）之间总是有微小的差异。瑞利没有放过这一微小的差异，他与化学家拉姆齐合作，先是仔细去除空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气和氮气，然后利用分光镜观察剩余气体的光谱线，终于发现在空气中还存在着氩气。在以后的几年里，拉姆齐又通过分离液态空气和光谱法陆续发现了氪、氖、氦、氙。稀有气体是从气体密度测量结果里的微小差异中发现的，因此被称为“第三位小数的胜利”，这也是科学工作高度精确性的胜利。1904年，瑞利和拉姆齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。 三、关注空气质量 通常情况下，空气中各种成分的含量保持相对稳定。但随着人类活动的增加，特别是工业生产和交通运输产生的废气源源不断地排放，使空气中有害气体和烟尘的含量不断升高，导致空气质量下降。空气质 量状况随时间和地点的不同而有所不同。 目前，有关部门通过各种媒体向社会发布空气质量报告，以使民众及时了解当地和全国各主要城市的空气质量状况。 实验目的：不同气体样本中二氧化碳含量存在差异 实验操作：采集操场上田野、教室内样品和人呼出的气体，利用二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的性质比较石灰水的浑浊情况。 实验现象：___________________________________。 实验结论：___________________________________。 实验反思：___________________________________。 空气质量报告。表中的空气污染指数（API）是 将几种空气污染物的含量按一定的方法处理，变成0〜500之间的数字。目前计入空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、臭氧、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物等。其中，可吸入颗粒物又称PM10，指直径不超过10 μm、可以进入人体呼吸系统的颗粒物。直径不超过2.5 μm的可吸入颗粒物（即PM2.5）富含大量有毒、有害物质且在大气中的停留时间长，被吸入人体后可直接进入支气管，因而对人体健康影响更大。我国一些城市已将PM2.5纳入常规空气质量监测体系。 思考： 1. 空气质量报告的主要内容是什么？ 2. 空气污染指数与空气质量之间存在 什么关系？ 空气不仅是我们赖以生存的物质基础，也是工农业生产的重要资源，让我们为保护环境、提高空气质量行动起来吧！ 四、拓展提升 1 课堂导入 1774年，法国化学家拉瓦锡第一次用实验证明了空气中有氧气和氮气。 拉瓦锡 封闭容器中加热汞 01 认识空气的组成 1892年，瑞利和拉姆齐才共同发现了空气中存在稀有气体。 1904年，瑞利和拉姆齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。 瑞利 拉姆齐 氩气 0.934% 二氧化碳 0.034% 其他气体 0.002% 其他成分1% 氮气（78%） 氧气（21%） 干燥洁净空气的成分（体积分数） 结 论 空气是一种混合物。 2 课堂活动 02 测定空气中氧气的含量 取一定量的空气 装置 密闭 思路2：用药品通过化学反应除去氧气，减少 的体积即为氧气的体积。 思路1：用药品通过化学反应将其他气体除 去，只剩下氧气，测定氧气体积。 相对容易 难 02 测定空气中氧气的含量 A 铜+氧气 氧化铜(固体） B石蜡+氧气 水+二氧化碳 C 镁+氧气 氧化镁(固体） 镁+氮气 氮化镁（固体） D 磷+氧气 五氧化二磷（固体） E 碳+氧气 二氧化碳 实验药品的选择： 加热 点燃 点燃 点燃 点燃 点燃 √ √ ①药品只能与氧气反应 ②不产生新的气体 02 测定空气中氧气的含量 硬质玻璃管上的气球,可以起到缓冲的作用。 检验装置的气密性：把注射器的活塞往外拉到某一刻度处，连接好装置，再往外拉一下，发现活塞又回到原刻度，说明装置气密性好。 02 测定空气中氧气的含量 实验步骤： ①测量硬质玻璃管的容积。 ②在另一硬质玻璃管中装入铜粉，塞上橡胶塞，用小气球密封试管的支管口。 ③移动注射器活塞，在注射器中留下一定体积的气体，记录体积后插入橡胶塞中。 ④根据酒精灯的高度，将试管固定在铁架台上。 ⑤点燃酒精灯，先预热，后对准有铜粉的部位加热，同时不断推拉注射器活塞。 ⑥停止加热后，待试管冷却至室温，将气球内的气体全部挤入注射器内。待注射器活塞稳定后，记录注射器中气体的体积。 02 测定空气中氧气的含量 实验报告 1、记录实验现象。         色铜粉逐渐变为        色，注射器内的体积 。 2、完成下列表格： 红 黑 减少 硬质玻璃管的容积V1 反应前注射器中气体体积V2 反应后注射器中气体体积V3 反应消耗的氧气体积 氧气占空气的体积分数 50ml 15ml 2ml 3、实验结论：                                            。 空气是混合物，氧气约占空气总体积的五分之一 13ml 20.0% 反应消耗的氧气的体积=（V1+V2）-（V1+V3）=V2-V3 空气中氧气的含量=（V2-V3）/（V1+V2）×100% 处理 数据： 02 测定空气中氧气的含量 思考1：该实验的原理是什么？ 答：依据混合物中各组分的差异，利用化学反应，在不引入新的气态杂质的前提下，将氧气转化为固态的氧化铜，从而达到测定空气中氧气含量的目的。 铜+氧气 氧化铜 02 测定空气中氧气的含量 思考2：该实验在哪些环节上可能造成误差？ 答：①铜粉的量不足； ②实验装置气密性不好； ③活塞推拉次数太少，反应不充分； ④加热时间太短，反应不充分； ⑤停止加热后，未冷却至室温就读数 ⑥停止加热冷却至室温后，气球内的气体未全部挤出…… 思考3：为什么这个实验可以证明空气是混合物？ 答：硬质玻璃管内的氧气已耗尽，但玻璃管内还有其他气体，说明空气是混合物。 3 课堂小结 1. 干燥洁净的空气主要是由氮气、氧气和稀有气体(主要为氩气，另外还含有氦气、氖气等)组成的，另外还含有少量的二氧化碳和极少量的其它气体。 氮气：N2 氧气：O2 氩气：Ar 二氧化碳：CO2 2.测定空气中氧气含量的实验 ①实验原理 ②实验药品的选择 ③实验装置气密性的检查 ④实验现象的描述 ⑤实验数据的处理 ⑥可能造成误差的原因 4 典例分析 考点一：空气的组成 【典型例题1】最先通过实验得出空气主要是由氮气，氧气组成的科学家是（ ） 　A.舍勒　 B. 拉瓦锡　C. 普利斯特里 D.道尔顿 【典型例题2】下列说法正确的是（ 　） A.空气的成分是比较固定的，主要由氮气和氧气组成 B.空气中氧气的质量占21%，氮气占78% C.在通常状况下，无色无味的气体一定是空气 D.舍勒发现了空气是由氧气和氮气组成的。 【典型例题3】下列气体中不属于稀有气体的是（　　） 　　A.氦气 　B.氖气　 C.氮气　 D.氩气 C A B 考点二：测定空气中氧气含量的实验 【典型例题4】下列装置用来测定空气中氧气的含量，对该实验认识错误的是（　　）  A.铜粉用量的多少，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 【典型例题5】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( ) A. 在正常操作下，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 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 D C 1 课堂导入 鼓鼓的薯片袋中，除了薯片外还有什么其他物质吗？ 急救病人需要吸入什么物质？ 霓虹灯里填充的是空气中的哪种物质？ 空气不仅是生命赖以存在的物质基础，还是人类生产活动的重要资源，空气中的各种成分具有广泛的用途。 分离液态空气 空气 降温加压 液态空气 加热（根据各成分沸点不同） 氧气 氩气 氮气 该过程没有生成新物质，涉及的是物理变化。 01 分离液态空气法 2 课堂活动 支持燃烧 钢铁冶炼 金属焊接 支持 燃料燃烧 供给呼吸 潜水 宇宙航行 氧气的用途 性质 用途 决定 体现 液氮用作 医疗手术 冷冻麻醉 用于工业 上生产硝 酸、氮肥 用作灯泡 保护气 用作粮食、 瓜果的保 护气 氮气的用途 空气各成分的用途 02 一般情况下，氮气的化学性质比较稳定。 用于麻醉和制冷是利用了氮气的物理性质，它的沸点低。 空气各成分的用途 02 稀有气体（包括氦氖氩氪氙氡） 氦气充灌气球 电光源 焊接过程用作保护气 氦气冷冻机 物理性质：密度比较小 物理性质：在通电时可以发出各种不同颜色的光 物理性质：沸点低 化学性质：通常条件下几乎不与任何物质发生化学反应 03 关注空气质量 通常情况下，空气中各种成分的含量保持相对稳定，但是…… 工业废气 焚烧垃圾 机动车尾气 温室效应 酸雨 臭氧空洞 雾霾 空气污染 03 关注空气质量 空气质量状况随时间和地点的不同而有所不同。 空气污染的防治： （1）植树造林 （2）将煤进行脱硫处理，不产生二氧化硫 （3）对工厂产生的废气处理后再排放 （4）使用洁净能源。例如：太阳能、水能、潮汐能、电能、地热能、风能 …… 03 关注空气质量 实验探究4-2：探究不同气体样本中二氧化碳含量的差异 实验目的：不同气体样本中二氧化碳含量存在差异 实验操作：采集操场上田野、教室内样品和人呼出的气体，利用二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的性质比较石灰水的浑浊情况。 实验现象：___________________________________。 实验结论：___________________________________。 实验反思：___________________________________。 04 认识空气质量报告 城 市 空气污染指数 首要 污染物 空气质量级别 空气质量状况 A 30~50 Ⅰ 优 B 55~75 可吸入颗粒物 Ⅱ 良 C 101~121 可吸入颗粒物 Ⅲ 轻微污染 思考1：空气质量报告的主要内容是什么？ 思考2：空气污染指数的大小与空气质量的关系如何？ 目前计入空气污染指数的有害气体和烟尘主要包括：二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O2）、可吸入颗粒物（PM10）、总悬浮颗粒物。 PM2.5对人身体健康影响很大，因此有些城市已将PM2.5纳入常规空气质量检测体系。 04 认识空气质量报告 查阅资料，了解空气质量级别与标识颜色之间的关系。 04 认识空气质量报告 空气的成分 氧气约21% 其他成分 约1% 氮气约78% 认识空气的成分 空气是一种重要的资源 关注空气质量 空气质量报告 空气质量状况的变化 稀有气体用途 氮气用途 氧气用途 3 课堂小结 4 典例分析 考点一：空气质量报告 【典型例题1】南京市正式发布PM2．5检测数据。PM2．5是指大气中直径小于或等于2．5微米的颗粒物，下列情况通常不可能引起大气中PM2．5增大的是（ ） A、焚烧秸杆 B、汽车尾气 C、燃烧煤炭 D、光合作用 【典型例题2】造成某城市空气污染的首要污染物是可吸入颗粒物和二氧化硫。对其形成主要原因的分析不合理的是（　　） A、环境绿化不好，粉尘随风飘扬 B、生活和生产中的燃烧煤炭 C、工业生产排放未经处理的废水 D、机动车排放尾气 【典型例题3】“沙尘暴”经常侵袭我国北方地区，“沙尘暴”会造成空气中那种有害成分的增加（ ） A、二氧化硫 B、二氧化碳 C、可吸入颗粒 　D、一氧化碳 D C C 考点二：空气各成分的用途 【典型例题4】下列关于氧气的说法正确的是（　　） A．分离液态空气获得氧气是化学变化 B．植物的光合作用会消耗氧气 C．氧气的化学性质不活泼 D．液态氧可用作火箭助燃剂 【典型例题2】1.下列关于空气的叙述，错误的是（ ） A．空气中最多的气体是氮气 B．空气是由多种单质和多种化合物组成的混合物 C．空气中二氧化碳的含量是始终不变的 D．空气是一种重要的化工原料 【典型例题3】空气中含有A、B、C、D四种气体，已知C、D两种气体都能作保护气；A、C是空气的主要成分；D是一种混合气体，可用来填充灯泡，在通电时能发出不同颜色的 光；B气体能使澄清的石灰水变浑浊。 则A、B、C、D分别是 。 D C 氧气、二氧化碳、氮气、稀有气体 Lavf58.46.101 $$