第05讲 空气的组成-【暑假弯道超车】2025年新九年级化学暑假提升精品讲义（人教版2024）

第05讲 空气的组成 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1．了解空气的主要成分及含量。 2．知道空气中氧气含量测定的方法。 3．认识纯净物和混合物并能进行简单的区分。 一、拉瓦锡研究空气的成分 实验装置 实验现象 实验结论 一部分银白色的液态汞变成红色粉末，容器里空气的体积减少了。对红色粉末加强热，得到汞和氧气，将氧气加入容器，得到的气体与空气完全一样。 空气由氧气和氮气组成。 二、探究空气中氧气的含量 1．红磷燃烧测定空气中氧气含量 （1）实验原理：红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，瓶内气体减少，压强减小，冷却后打开弹簧夹，烧杯内的水被压入集气瓶，进入集气瓶的水的体积即为瓶内消耗氧气的体积。 （2）文字表达式：磷+ 氧气 五氧化二磷 符号表达式：P + O2 P2O5 （3）实验步骤： ①在集气瓶中加少量水，将水面上方空间分为5等分，并做好标记。用弹簧夹夹紧乳胶管。 ②在燃烧匙内放足量红磷，用酒精灯加热，点燃红磷后立即伸入瓶中，并塞紧橡胶塞。 ③待红磷熄灭并冷却到室温，打开弹簧夹，观察现象。 （4）实验现象： ①红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量； ②冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水被吸入集气瓶，瓶内液面上升约1/5。 （5）实验结论：空气中含有氧气，氧气约占空气总体积的1/5。 拓展提升： ①预先在集气瓶里放少量水的目的：吸收五氧化二磷和降温。 ②倒吸进集气瓶的水不能充满整个集气瓶的原因：空气中的其他气体不与红磷反应且不溶于水。 ③红磷熄灭后集气瓶中剩余气体的性质：难溶于水，不能燃烧也不支持燃烧。 2．测定空气中氧气含量的数字化实验 （1）实验步骤： 将氧气传感器与数据采集器、计算机连接；把氧气传感器插入盛有空气的容器，采集数据；通过相关软件处理数据，并在计算机屏幕上显示空气中氧气的含量。 （2）数字化实验优点：直观、可视化。能够将实验过程中的压强、浓度等各种变化量，通过传感器转化为电信号，然后通过数据采集器进入电脑，用数据图像等直观形式表现出来。 三、空气的组成 1．空气的成分和含量 空气成分 氮气N2 氧气O2 稀有气体 二氧化碳CO2 其他 体积分数 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03% 2．稀有气体：包括氦、氖、氩、氪、氙和氡等。 四、混合物和纯净物 1. 混合物：由两种或两种以上的物质混合而成的物质，如空气、糖水、食盐水等。组成混合物的各种成分保持着它们各自的性质。 2. 纯净物：只由一种物质组成的物质。纯净物可以用化学符号来表示。如氧气可表示为O2，二氧化碳可表示为CO2等。 【易错提醒】稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙和氡等气体的统称，因此，稀有气体是混合物，而其中的某一种气体则是纯净物，如氦气、氖气都是纯净物。 考点一 拉瓦锡研究空气的成分 【例1】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 【答案】D 【详解】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。 【变式1-1】人类对空气成分的探究经历了艰辛的过程。拉瓦锡被后世尊称为“近代化学之父”。18世纪拉瓦锡为研究空气成分时，用如图所示装置持续加热12天，直到曲颈瓶中红色粉末不再增加。 （1）在密闭容器中，空气中的氧气与 反应，生成固态物质。 （2）为保证实验的科学性，下列数据必须测量的有_____。（填标号） A．实验前后曲颈瓶内的气体体积 B．实验前后玻璃钟罩内的气体体积 C．汞槽的容积 【答案】（1）汞/Hg/水银 （2）AB 【解析】（1）汞和氧气反应产生氧化汞，从而消耗氧气； （2）A、实验会消耗曲颈甑内的氧气，需要测定实验前后曲颈甑内的气体体积，才能计算出消耗氧气的体积，故符合题意； B、实验会消耗玻璃钟罩内的氧气，需要测量实验前后玻璃钟罩内气体体积，才能计算出消耗氧气的体积，故符合题意； C、汞槽的容积对测量氧气的含量没有影响，故不符合题意； 故选AB。 【变式1-2】拉瓦锡被称为“现代化学之父”，让我们共同跟随他的足迹进行科学探究。 图1 图2 【经典实验回顾】 （1）二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，将红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞和氧气，结果生成的氧气体积 （选填“>”、“=”、“<”）密闭容器里减少的体积，将得到的氧气导回密闭容器，所得气体和空气性质完全相同。他得出结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积。 （2）根据图2资料卡片，选用汞的优点中不可能是_______（填序号）。 A．在汞槽中起到液封作用 B．汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽 C．实验过程中没有污染 D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气 【答案】（1）= （2）C 【解析】（1）有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，即汞和氧气反应生成氧化汞，将红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，氧化汞分解得到了汞和氧气，根据质量守恒定律，此时释放出的氧气等于前面减少的氧气，则生成的氧气体积=密闭容器里减少的体积； （2）A、汞为液态，在汞槽中起到液封的作用，故A不符合题意； B、汞的沸点较低，汞蒸气与氧气反应比较充分，能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽，故B不符合题意； C、汞常温下为银白色液体，易挥发，对人体有害，在实验过程中会造成污染，故C符合题意； D、生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气，实验的试剂可以多次利用，而氧化汞受热分解生成的氧气体积又可验证实验结果，提高实验说服力，故D不符合题意； 故选C。 考点二 红磷燃烧测定空气中氧气含量 【例2】如图装置常用来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识正确的是（　　）。 A．红磷燃烧产生大量白色烟雾 B．燃烧匙中的红磷可以换成蜡烛 C．该实验可说明氮气难溶于水 D．红磷的量不足不影响进入集气瓶中水的体积 【答案】C 【解析】A、红磷燃烧产生大量白烟，而不是白色烟雾，故A说法错误； B、蜡烛燃烧生成水和二氧化碳，导致瓶中压强几乎不变，不能用于测定空气中氧气含量，所以燃烧匙中的红磷不可以换成蜡烛，故B说法错误； C、打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶，且进入的水约占集气瓶体积的五分之一，水不再继续进入，说明氮气难溶于水，故C说法正确； D、红磷不足，会导致氧气不能完全反应，最终导致进入集气瓶中水的体积偏小，故D说法错误； 故选C。 【变式2-1】下图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，并做上记号。下列说法中不正确的是 A．实验时红磷需足量 B．点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管 C．红磷熄灭后立刻打开弹簧夹 D．最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积 【答案】C 【详解】A.、实验时红磷一定要足量，以完全消耗装置内的氧气，故选项说法正确； B、点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管，以防止装置漏气，测定结果不准确，故选项说法正确； C、火焰熄灭后立刻打开弹簧夹，此时剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积，会导致结果偏小，故选项说法错误； D、打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶，最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积，故选项说法正确。 故选C。 【变式2-2】利用如图装置测定空气中氧气的含量。 实验操作：在 250 mL 集气瓶中加入 50 mL 水，按图所示组装装置，用下端烧红热的玻璃棒引燃红磷。 (1)红磷燃烧反应的符号表达式为 。 (2)待装置冷却后，测得集气瓶中水的体积为 91 mL，则空气中氧气的含量为 （写出计算式即可）。 (3)集气瓶中预先装入 50 mL 水的作用是 。 A．降温 B．吸收白烟 C．液封长导管 【答案】(1) (2)×100% (3)AB 【详解】（1）红磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，反应的符号表达式为：； （2）待装置冷却后，测得集气瓶中水的体积为91 mL，则空气中氧气的含量为×100%； （3）红磷燃烧产生大量白烟，放出热量，集气瓶中预先装入50 mL水的作用是降温、吸收白烟、故选AB。 考点三 数字化实验测定空气中氧气的含量 【例3】拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如下图所示，下列判断正确的是（　　）。 A．a点时容器内氮气体积分数为85% B．由图可知，物质燃烧结束时氧气浓度为0 C．此实验测得空气中氧气的质量分数为18% D．密闭容器内水的作用是降温、吸收有害的五氧化二磷 【答案】D 【解析】A、a点时氧气的体积分数为15%，则剩余气体的体积分数为85%，剩余气体中含有氮气、稀有气体等，则氮气含量应小于85%，故选项说法错误； B、由图可知，物质燃烧结束时氧气浓度为3%，故选项说法错误； C、消耗的氧气的体积分数为21%-3%=18%，则该实验测得空气中氧气的体积分数为18%，而不是质量分数，故选项说法错误； D、红磷燃烧放热，生成五氧化二磷固体，则密闭容器内水的作用是降温、吸收有害的五氧化二磷，故选项说法正确； 故选D。 【变式3-1】图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图2是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间关系图（该装置气密性良好，p0是集气瓶内初始气压）。下列说法正确的是（　　）。 A．红磷的多少对实验结果无影响 B．集气瓶中气压瞬间变大是O2迅速消耗造成的 C．c点时反应刚好停止 D．b、c、d点时集气瓶中所含物质相同 【答案】D 【解析】A、在测定空气中氧气的含量实验中，红磷要过量，故A错误； B、集气瓶中气压瞬间变大是红磷燃烧放热造成的，故B错误； C、a点气压最大，温度最高，由此可知，在a点时反应刚好停止，故C错误； D、在a点反应已经结束了，b、c、d点时集气瓶中所含物质相同，故D正确。 故选D。 【变式3-2】利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验装置如图1所示。    (1)为了确保实验成功，应先 。利用电加热丝通电放出热量引燃红磷的优点是（写一点） 。 (2)红磷燃烧的化学表达式：。 (3)利用气压传感器测定图1装置内的压强变化，所得数据如图2所示。 ①BC段压强增大的原因是 。 ②CD段压强减小的原因是 。 ③测得空气中氧气的体积分数约为 （列式即可）。 ④如果用木炭代替红磷完成此实验，在图2中画出集气瓶内气压变化趋势 。 【答案】(1) 检查装置的气密性 更环保（合理即可） (2) (3) 红磷燃烧放出热量，容器内温度升高，压强增大 红磷燃烧消耗氧气，且红磷熄灭后，装置冷却    【详解】（1）为了确保实验成功，应先检查装置的气密性；该方法不需要在外面点燃红磷，更环保，且整个过程为密闭装置，结果更准确。 （2）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的化学表达式为； （3）①红磷燃烧放出热量，容器内温度升高，压强增大； ②红磷燃烧消耗氧气，装置中的气体减少，且冷却后温度降低，则会使压强减小。 ③由图可知，测得空气中氧气的体积分数约为； ④用木炭代替红磷完成此实验，由于木炭燃烧消耗氧气生成二氧化碳气体，使装置内压强差变化不明显，则集气瓶内气压变化趋势如图：   。 考点四 空气的成分 【例4】 “天宫课堂”中，航天员在水球光学实验中打入的“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，“人造空气”中体积分数居第二位的是 A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳 【答案】B 【详解】空气中各成分体积分数：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%，“天宫课堂”中，航天员在水球光学实验中打入的“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，则“人造空气”中体积分数居第二位的是氧气，故选：B。 【变式4-1】汽车受到剧烈碰撞后，车内的安全气囊会瞬间释放一种气体，该气体是空气中含量最多的一种成分，这种气体为 A．二氧化碳 B．氮气 C．氧气 D．稀有气体 【答案】B 【详解】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%，所以空气中含量最多的气体是氮气。故选B。 【变式4-2】空气是宝贵的自然资源。下列物质不能直接从空气中获得的是 A．氮气 B．氧气 C．一氧化碳 D．稀有气体 【答案】C 【详解】空气含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等物质，但没有一氧化碳，因此不能直接从空气中获得的是一氧化碳； 故选：C。 考点五 纯净物和混合物 【例5】下列物质属于纯净物的是 A．冰水 B．茶水 C．纯净的空气 D．自然界无污染的水 【答案】A 【详解】A、冰水中只含有一种物质水，属于纯净物，选项正确； B、茶水中含有多种物质，属于混合物，选项错误； C、洁净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，属于混合物，选项错误； D、天然水中除水外还含有多种物质如矿物质、微生物等，属于混合物，选项错误； 故选A。 【变式5-1】下列物质属于混合物的是 A．蒸馏水 B．冰水混合物 C．自来水 D．液氧 【答案】C 【详解】A、蒸馏水只由水一种物质组成，属于纯净物，不符合题意； B、冰水混合物只由水一种物质组成，属于纯净物，不符合题意； C、自来水中含有多种物质，属于混合物，符合题意； D、液氧只由氧气一种物质组成，属于纯净物，不符合题意。 故选：C。 【变式5-2】世间万物种类繁多，但宏观上根据组成可将物质进行分类。 (1)物质分类：纯净物和混合物属于如图关系中的 关系。 (2)以下物质属于混合物的有 (填序号)。 ①洁净的空气  ②冰水混合物  ③氯化钾  ④液氧 ⑤二氧化碳 ⑥75%的医用酒精 【答案】(1)并列 (2)①⑥ 【详解】（1）混合物是由两种或两种以上物质混合而成，纯净物由一种物质组成；纯净物和混合物属于并列关系； （2）①洁净的空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等多种物质，属于混合物；②冰水混合物是水和冰两种不同状态的同种物质，化学式为H2O，属于纯净物； ③氯化钾是化合物，化学式为KCl，属于纯净物； ④液氧由氧气一种物质组成，属于纯净物； ⑤二氧化碳由二氧化碳一种物质组成，属于纯净物；⑥75%的医用酒精由酒精和水两种物质组成，属于混合物；故选：①⑥。 基础达标 1．通过实验得出空气是由氧气和氮气组成的这一重要结论的科学家是（　　）。 A．拉瓦锡 B．道尔顿 C．门捷列夫 D．阿伏伽德罗 【答案】A 【解析】A、法国化学家拉瓦锡首先通过实验得出空气是由氮气和氧气组成的结论，故选项正确； B、道尔顿在化学上的主要贡献是提出了原子学说，故选项错误； C、门捷列夫在化学上的主要贡献是发现了元素周期律，并编制出元素周期表，故选项错误； D、意大利科学家阿伏伽德罗在化学上的主要贡献是提出了分子的概念，并创立了分子学说，故选项错误。 故选A。 2．通常情况下，空气中体积分数约占21%的气体是 A．二氧化碳 B．稀有气体 C．氧气 D．氮气 【答案】C 【详解】A.二氧化碳约占空气体积分数的0.03%，故不符合题意； B.稀有气体约占空气体积分数的0.94%，故不符合题意； C.氧气约占空气中体积分数的21%，故符合题意； D.氮气约占空气中体积分数的78%，故不符合题意，故选C。 3．空间站内的气体组成和地表空气基本一致，其中含量最多的气体是 A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气 【答案】A 【详解】空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，空间站内的气体组成和地表空气基本一致，其中含量最多的气体是氮气； 故选：A。 4．根据物质分类知识判断，属于纯净物的是 A．洁净的空气 B．干净的果汁 C．冰水混合物 D．矿泉水 【答案】C 【详解】A、洁净的空气由氮气、氧气等多种物质组成的，属于混合物，此选项不符合题意； B、干净的果汁由水、维生素等多种物质组成，属于混合物，此选项不符合题意； C、冰是固态的水，冰水混合物中只有水一种物质，属于纯净物，此选项符合题意； D、矿泉水由水、多种矿物质组成，属于混合物，此选项不符合题意。 故选C。 5．下列物质中属于混合物的是 A．冰 B．液氧 C．人呼出的气体 D．五氧化二磷 【答案】C 【详解】A、冰是水的固态形式，是由一种物质组成，属于纯净物，不符合题意； B、液氧是氧气的液态，是由一种物质组成，属于纯净物，不符合题意； C、人呼出的气体中含有氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气等多种物质，由多种物质组成，属于混合物，符合题意； D、五氧化二磷是由一种物质组成，属于纯净物，不符合题意。 故选C。 6．仿照法国化学家拉瓦锡定量研究空气成分的原理，利用如图装置探究空气中氧气的含量。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。待红磷熄灭后冷却至室温，打开弹簧夹。下列说法正确的是 A．红磷要足量，以便充分观察燃烧的现象 B．将红磷换成木炭，实验也能成功 C．该实验还可以说明氮气不支持燃烧 D．冷却至室温没打开弹簧夹时，瓶内气压大于瓶外气压 【答案】C 【详解】A. 红磷要足量，使瓶内的氧气充分反应，此选项错误； B.木炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳是气体，反应结束后瓶内气体的体积几乎不变，不能达到实验目的，此选项错误； C.氧气消耗完，红磷熄灭，说明氮气不燃烧，不支持燃烧，此选项正确； D. 冷却至室温没打开弹簧夹时，由于氧气消耗瓶内气体减少，所以瓶内气压小于瓶外气压，此选项错误； 故选C。 7．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．该反应中的白磷要足量，目的是消耗尽集气瓶内的O2避免实验误差 B．在t1时刻后，集气瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧的产物所致 C．在t1－t3这段时间内，集气瓶内温度始终保持不变 D．t3时刻打开止水夹，瓶内气体体积变大 【答案】A 【解析】A、实验中，白磷要足量的目的是使氧气完全反应，避免实验误差，故说法正确； B、白磷燃烧过程放热，使得瓶内气体体积膨胀，压强剧烈增大，故说法错误； C、由图乙的压强变化可知，在t1－t3这段时间内，瓶内温度由低到高，后慢慢降低至室温，故说法错误； D、t3时刻瓶内气压显著增大是因为打开了止水夹，导致烧杯中的水被吸入集气瓶内，瓶内气体体积变小，故说法错误。 故选A。 8．图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图2是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间关系图（该装置气密性良好，p0是集气瓶内初始气压）。下列说法正确的是（　　）。 A．红磷的多少对实验结果无影响 B．集气瓶中气压瞬间变大是O2迅速消耗造成的 C．c点时反应刚好停止 D．b、c、d点时集气瓶中所含物质相同 【答案】D 【解析】A、在测定空气中氧气的含量实验中，红磷要过量，故A错误； B、集气瓶中气压瞬间变大是红磷燃烧放热造成的，故B错误； C、a点气压最大，温度最高，由此可知，在a点时反应刚好停止，故C错误； D、在a点反应已经结束了，b、c、d点时集气瓶中所含物质相同，故D正确。 故选D。 9．某兴趣小组利用图1所示的装置测定空气中氧气的含量，根据实验数据绘制的图像如图2所示。下列说法中错误的是（　　）。 A．图1中隔热层的主要目的是防止热量散失 B．c点时装置内的温度就是g点时装置内的温度 C．f点时红磷燃烧结束，氧气还有剩余 D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18% 【答案】D 【解析】A、隔热层的主要目的是防止热量散失，防止热量流失过快导致红磷因温度过低熄灭等，故选项说法正确； B、测定空气中氧气含量，需要等装置冷却到室温后打开弹簧夹，水在大气压的作用下进入集气瓶，则打开止水夹后装置内压强会快速增加。所以c点是打开止水夹的时间，对应温度是恢复到室温时的温度。e点和g点温度相同，说明g点是恢复到室温后的温度，所以c点时装置内的温度就是g点时装置内的温度。故选项说法正确。 C、红磷燃烧放出热量，图中f点温度最高，说明红磷燃烧结束，结合图2氧气体积分数曲线可知最终容器内氧气的体积分数为3%，所以f点时红磷燃烧结束，氧气还有剩余，故选项说法正确； D、空气中氧气的体积分数为21%，i点时容器内氧气的体积分数为3%，则此实验测得空气中氧气的体积分数（不是质量分数）为21%-3%=18%，故选项说法不正确。 故选D。 10．小亮同学利用下图所示的装置测定空气里氧气的含量。他先在燃烧匙中放入足量的红磷，塞紧橡胶塞，然后用凸透镜聚光照射集气瓶中的红磷。 （1）由于凸透镜的聚光作用，使红磷的温度 ，红磷燃烧；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷，燃烧停止的原因是 。 （2）待完全反应冷却到常温后，打开弹簧夹观察到的实验现象是 ，说明 。 （3）实验中不能用木炭代替红磷，原因是 。 【答案】（1）达到它的着火点 氧气耗尽（或缺少氧气） （2） 水进入集气瓶中约1/5 氧气约占空气总体积的1/5 （3） 生成二氧化碳气体，集气瓶内的气体没有减少 【解析】（1）由于凸透镜的聚光作用，使红磷的温度升高，达到它的着火点；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷，燃烧停止的原因是氧气耗尽； （2）待完全反应冷却到常温后，由于反应消耗了集气瓶内的氧气，使瓶内的压强减小，故打开弹簧夹观察到的实验现象是水进入集气瓶中约1/5，说明氧气约占空气总体积的1/5； （3）实验中不能用木炭代替红磷，原因是生成二氧化碳气体，集气瓶内的气体没有减少。 11．小芳同学测定空气里氧气的含量：分别在图甲所示装置的燃烧匙内放置铁粉、红磷(均足量)，电加热引燃。氧气含量随时间变化情况如图乙、图丙所示： (1)温度传感器显示红磷燃烧后温度升高，可知红磷燃烧属于 反应(填“吸热”或“放热”)。红磷熄灭恢复至室温，瓶中剩余氧气的体积分数是 。 (2)待铁粉熄灭并恢复至室温后，打开弹簧夹，进入瓶内的水约占原水面上方空间体积的 。 (3)分析图乙、图丙可知，实验中消耗氧气更彻底的是 (填“铁粉”或“红磷”)。 【答案】(1) 放热 3% (2) (3)铁粉 【详解】（1）温度传感器显示红磷燃烧后温度升高，说明红磷燃烧属于放热反应，故填：放热； 由图丙可知，红磷熄灭恢复至室温，瓶中剩余氧气的体积分数是3%； （2）铁粉燃烧几乎将氧气全部消耗，由于氧气约占空气体积的五分之一，故待铁粉熄灭并恢复至室温后，打开弹簧夹，进入瓶内的水约占原水面上方空间体积的五分之一； （3）由图乙、丙可知：反应结束后，铁粉中氧气含量为0.05% ,而红磷中氧气含量为3%，所以实验中消耗氧气更彻底的是铁粉。 过关检测 1．在长白山的清新空气中，氧气的体积分数约为 A．21% B．0.03% C．0.94% D．78% 【答案】A 【详解】空气的成分按体积分数计算大约为：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%，空气的成分及其体积分数通常是比较固定的，清新的空气中氧气的体积分数约为21%。故选A。 2．实验是化学研究的一种常用手段。关于红磷在空气中燃烧的现象，描述不正确的是 A．反应放热 B．产生黄色火焰 C．出现大量白烟 D．发出白光 【答案】D 【详解】红磷在空气中燃烧，产生黄色火焰，产生大量白烟，放出热量，没有白光，故选D。 3．生活中常见的物质属于纯净物的是 A．牛奶 B．洁净的空气 C．汽水 D．冰水混合物 【答案】D 【详解】牛奶、洁净的空气、汽水都是由多种物质混合而成，属于混合物。冰水混合物是由冰和水两种不同状态的水组成，属于纯净物。故选D。 4．靓仔们，上个月消防队在我校做了消防宣传，讲到的干粉灭火器，它是利用压缩气体吹干粉(主要含有磷酸二氢铵)来灭火，若气体是可利用的空气中含量最多的气体，则该气体是 A．H2O B．O2 C．稀有气体 D．N2 【答案】D 【详解】空气中含量最多的气体氮气，占空气体积的78%。 故选D。 5．下列物质属于纯净物的是 A．洁净的矿泉水 B．生理盐水 C．臭氧 D．干净的果汁 【答案】C 【详解】A、洁净的矿泉水中含有水和其他矿物质等多种物质，属于混合物，故选项A不符合题意； B、生理盐水中含有水和氯化钠两种物质，属于混合物，故选项B不符合题意； C、臭氧是由一种物质组成的，属于纯净物，故选项C符合题意； D、干净的果汁中含有水、糖类等多种物质，属于混合物，故选项D不符合题意。 故选C。 6．图中是实验室测量空气中氧气含量的装置，有关该实验说法错误的是（　　）。 A．点燃红磷后要迅速伸入集气瓶中，并盖紧橡胶塞 B．红磷燃烧结束后，冷却至室温打开止水夹进行观察 C．反应结束后发现进入集气瓶中的水小于，可能的原因是装置漏气 D．可以将红磷改成木炭进行实验 【答案】D 【解析】A、为了使实验更准确，点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧橡胶塞，燃烧匙伸入过慢，会使装置内气体受热逸出，导致进入集气瓶的水体积偏大，故选项说法正确，不符合题意； B、红磷燃烧结束后，待装置冷却至室温后才能打开止水夹，以防止剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积，造成结果偏小，故选项说法正确，不符合题意； C、若装置漏气，燃烧冷却后瓶内气压小于大气压，有部分空气进入瓶中弥补了消耗的氧气，水倒流入集气瓶的体积不足五分之一，故选项说法正确，不符合题意； D、木炭在空气中燃烧，虽然会消耗氧气，但是生成二氧化碳气体，装置内压强几乎不变，不能形成压强差，因此不能用木炭代替红磷测定空气中氧气的含量，故选项说法错误，符合题意； 故选D。 7．下列装置都可用于测定空气里氧气的含量。a、b两物质的选择正确的是（　　）。 A．a是铜、b是红磷 B．a是铜、b是木炭 C．a是汞、b是红磷 D．a是汞、b是木炭 【答案】C 【解析】用于测定空气里氧气的含量，a、b两物质的选择正确的是C. a是汞，b是红磷。 A、a是铜，b是红磷，氧化铜加热不分解; B、a是铜，b是木炭，氧化铜加热不分解，木炭生成是气体; D、a是汞，b是木炭，木炭生成是气体。 故选C。 8．在利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验中（如图1所示），用传感器记录集气瓶中压强随时间变化的情况（如图2所示）。其中a所表示的时刻为 A．红磷刚点燃时集气瓶内的压强 B．红磷刚熄灭时集气瓶内的压强 C．准备打开弹簧夹时集气瓶内的压强 D．水沿导管流入瓶中到达刻度1处时集气瓶内的压强 【答案】C 【详解】据图可知，a之后压强迅速增大，则a所表示的时刻所表示的将要打开止水夹时，集气瓶内的压强。故选C。 9．小明同学用图1所示装置分别进行足量的红磷和木炭在空气中燃烧的对比实验(装置冷却至室温后结束实验)，用压强传感器测定实验过程中集气瓶内的压强变化情况如图2所示。 (1)写出红磷燃烧的反应符号表达式。 (2)实验前， (填“需要”或“不需要”)检查图1装置的气密性。 (3)根据图2曲线b推断：不能用木炭测定空气中的氧气含量。其依据是什么。 【答案】(1) (2)需要 (3)反应前后压强没有明显变化 【详解】（1）红磷和氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷，反应的符号表达式为。 （2）因测定实验过程中集气瓶内的压强变化情况，所以要求装置的气密性良好，因此实验前需要检查图1装置的气密性。 （3）由图2曲线b可知木炭反应前后集气瓶内的压强没有明显的变化，所以不能用木炭测定空气中的氧气含量。 10．如图所示是测定空气中氧气含量的装置，气密性良好，在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份。用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃红磷后，迅速伸入瓶中并塞紧塞子；待燃烧停止并冷却至室温后，打开弹簧夹。 (1)写出红磷燃烧的符号表达式： 。 (2)打开弹簧夹后，烧杯中的水能够进入集气瓶中的原因是： 。 (3)实验结束后，瓶内剩余的气体主要是 ；由此实验可推测出该气体具有的化学性质是 【答案】(1) (2)红磷燃烧消耗氧气，导致瓶内气压减小 (3) 氮气 不燃烧也不支持燃烧 【详解】（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，符号表达式为：； （2）磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，使瓶内气压小于外界气压，烧杯中的水被倒吸入集气瓶中； （3）空气的成分按体积计算，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%。实验过程中氧气被消耗，所以剩余气体主要是氮气； 红磷燃烧消耗了氧气，氮气没有发生反应，说明了氮气不燃烧也不支持燃烧。 8 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第05讲 空气的组成 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1．了解空气的主要成分及含量。 2．知道空气中氧气含量测定的方法。 3．认识纯净物和混合物并能进行简单的区分。 一、拉瓦锡研究空气的成分 实验装置 实验现象 实验结论 一部分银白色的液态汞变成 色粉末，容器里空气的体积 了。对红色粉末加强热，得到汞和氧气，将氧气加入容器，得到的气体与空气完全一样。 空气由 和 组成。 二、探究空气中氧气的含量 1．红磷燃烧测定空气中氧气含量 （1）实验原理：红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，瓶内气体 ，压强 ，冷却后打开弹簧夹，烧杯内的水被压入集气瓶，进入集气瓶的水的体积即为瓶内消耗 的体积。 （2）文字表达式： 符号表达式： （3）实验步骤： ①在集气瓶中加少量水，将水面上方空间分为5等分，并做好标记。用弹簧夹 乳胶管。 ②在燃烧匙内放 红磷，用酒精灯加热，点燃红磷后 伸入瓶中，并 橡胶塞。 ③待红磷熄灭并 ，打开弹簧夹，观察现象。 （4）实验现象： ①红磷燃烧，产生 ，并放出热量； ②冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水 ，瓶内液面上升约 。 （5）实验结论：空气中含有氧气，氧气约占空气总体积的 。 拓展提升： ①预先在集气瓶里放少量水的目的： 。 ②倒吸进集气瓶的水不能充满整个集气瓶的原因： 。 ③红磷熄灭后集气瓶中剩余气体的性质： 。 2．测定空气中氧气含量的数字化实验 （1）实验步骤： 将氧气传感器与数据采集器、计算机连接；把氧气传感器插入盛有空气的容器，采集数据；通过相关软件处理数据，并在计算机屏幕上显示空气中氧气的含量。 （2）数字化实验优点： 、可视化。能够将实验过程中的压强、浓度等各种变化量，通过传感器转化为电信号，然后通过数据采集器进入电脑，用 等直观形式表现出来。 三、空气的组成 1．空气的成分和含量 空气成分 氮气N2 氧气O2 稀有气体 二氧化碳CO2 其他 体积分数 2．稀有气体：包括 、 、 、氪、氙和氡等。 四、混合物和纯净物 1. 混合物：由 的物质混合而成的物质，如空气、糖水、食盐水等。组成混合物的各种成分保持着它们各自的性质。 2. 纯净物：只由 组成的物质。纯净物可以用 来表示。如氧气可表示为O2，二氧化碳可表示为CO2等。 【易错提醒】稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙和氡等气体的统称，因此，稀有气体是 ，而其中的某一种气体则是纯净物，如氦气、氖气都是 。 考点一 拉瓦锡研究空气的成分 【例1】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 【变式1-1】人类对空气成分的探究经历了艰辛的过程。拉瓦锡被后世尊称为“近代化学之父”。18世纪拉瓦锡为研究空气成分时，用如图所示装置持续加热12天，直到曲颈瓶中红色粉末不再增加。 （1）在密闭容器中，空气中的氧气与 反应，生成固态物质。 （2）为保证实验的科学性，下列数据必须测量的有_____。（填标号） A．实验前后曲颈瓶内的气体体积 B．实验前后玻璃钟罩内的气体体积 C．汞槽的容积 【变式1-2】拉瓦锡被称为“现代化学之父”，让我们共同跟随他的足迹进行科学探究。 图1 图2 【经典实验回顾】 （1）二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，将红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞和氧气，结果生成的氧气体积 （选填“>”、“=”、“<”）密闭容器里减少的体积，将得到的氧气导回密闭容器，所得气体和空气性质完全相同。他得出结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积。 （2）根据图2资料卡片，选用汞的优点中不可能是_______（填序号）。 A．在汞槽中起到液封作用 B．汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽 C．实验过程中没有污染 D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气 考点二 红磷燃烧测定空气中氧气含量 【例2】如图装置常用来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识正确的是（　　）。 A．红磷燃烧产生大量白色烟雾 B．燃烧匙中的红磷可以换成蜡烛 C．该实验可说明氮气难溶于水 D．红磷的量不足不影响进入集气瓶中水的体积 【变式2-1】下图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，并做上记号。下列说法中不正确的是 A．实验时红磷需足量 B．点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管 C．红磷熄灭后立刻打开弹簧夹 D．最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积 【变式2-2】利用如图装置测定空气中氧气的含量。 实验操作：在 250 mL 集气瓶中加入 50 mL 水，按图所示组装装置，用下端烧红热的玻璃棒引燃红磷。 (1)红磷燃烧反应的符号表达式为 。 (2)待装置冷却后，测得集气瓶中水的体积为 91 mL，则空气中氧气的含量为 （写出计算式即可）。 (3)集气瓶中预先装入 50 mL 水的作用是 。 A．降温 B．吸收白烟 C．液封长导管 考点三 数字化实验测定空气中氧气的含量 【例3】拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如下图所示，下列判断正确的是（　　）。 A．a点时容器内氮气体积分数为85% B．由图可知，物质燃烧结束时氧气浓度为0 C．此实验测得空气中氧气的质量分数为18% D．密闭容器内水的作用是降温、吸收有害的五氧化二磷 【变式3-1】图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图2是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间关系图（该装置气密性良好，p0是集气瓶内初始气压）。下列说法正确的是（　　）。 A．红磷的多少对实验结果无影响 B．集气瓶中气压瞬间变大是O2迅速消耗造成的 C．c点时反应刚好停止 D．b、c、d点时集气瓶中所含物质相同 【变式3-2】利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验装置如图1所示。    (1)为了确保实验成功，应先 。利用电加热丝通电放出热量引燃红磷的优点是（写一点） 。 (2)红磷燃烧的化学表达式：。 (3)利用气压传感器测定图1装置内的压强变化，所得数据如图2所示。 ①BC段压强增大的原因是 。 ②CD段压强减小的原因是 。 ③测得空气中氧气的体积分数约为 （列式即可）。 ④如果用木炭代替红磷完成此实验，在图2中画出集气瓶内气压变化趋势 。 考点四 空气的成分 【例4】 “天宫课堂”中，航天员在水球光学实验中打入的“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，“人造空气”中体积分数居第二位的是 A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳 【变式4-1】汽车受到剧烈碰撞后，车内的安全气囊会瞬间释放一种气体，该气体是空气中含量最多的一种成分，这种气体为 A．二氧化碳 B．氮气 C．氧气 D．稀有气体 【变式4-2】空气是宝贵的自然资源。下列物质不能直接从空气中获得的是 A．氮气 B．氧气 C．一氧化碳 D．稀有气体 考点五 纯净物和混合物 【例5】下列物质属于纯净物的是 A．冰水 B．茶水 C．纯净的空气 D．自然界无污染的水 【变式5-1】下列物质属于混合物的是 A．蒸馏水 B．冰水混合物 C．自来水 D．液氧 【变式5-2】世间万物种类繁多，但宏观上根据组成可将物质进行分类。 (1)物质分类：纯净物和混合物属于如图关系中的 关系。 (2)以下物质属于混合物的有 (填序号)。 ①洁净的空气  ②冰水混合物  ③氯化钾  ④液氧 ⑤二氧化碳 ⑥75%的医用酒精 基础达标 1．通过实验得出空气是由氧气和氮气组成的这一重要结论的科学家是（　　）。 A．拉瓦锡 B．道尔顿 C．门捷列夫 D．阿伏伽德罗 2．通常情况下，空气中体积分数约占21%的气体是 A．二氧化碳 B．稀有气体 C．氧气 D．氮气 3．空间站内的气体组成和地表空气基本一致，其中含量最多的气体是 A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气 4．根据物质分类知识判断，属于纯净物的是 A．洁净的空气 B．干净的果汁 C．冰水混合物 D．矿泉水 5．下列物质中属于混合物的是 A．冰 B．液氧 C．人呼出的气体 D．五氧化二磷 6．仿照法国化学家拉瓦锡定量研究空气成分的原理，利用如图装置探究空气中氧气的含量。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。待红磷熄灭后冷却至室温，打开弹簧夹。下列说法正确的是 A．红磷要足量，以便充分观察燃烧的现象 B．将红磷换成木炭，实验也能成功 C．该实验还可以说明氮气不支持燃烧 D．冷却至室温没打开弹簧夹时，瓶内气压大于瓶外气压 7．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．该反应中的白磷要足量，目的是消耗尽集气瓶内的O2避免实验误差 B．在t1时刻后，集气瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧的产物所致 C．在t1－t3这段时间内，集气瓶内温度始终保持不变 D．t3时刻打开止水夹，瓶内气体体积变大 8．图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图2是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间关系图（该装置气密性良好，p0是集气瓶内初始气压）。下列说法正确的是（　　）。 A．红磷的多少对实验结果无影响 B．集气瓶中气压瞬间变大是O2迅速消耗造成的 C．c点时反应刚好停止 D．b、c、d点时集气瓶中所含物质相同 9．某兴趣小组利用图1所示的装置测定空气中氧气的含量，根据实验数据绘制的图像如图2所示。下列说法中错误的是（　　）。 A．图1中隔热层的主要目的是防止热量散失 B．c点时装置内的温度就是g点时装置内的温度 C．f点时红磷燃烧结束，氧气还有剩余 D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18% 10．小亮同学利用下图所示的装置测定空气里氧气的含量。他先在燃烧匙中放入足量的红磷，塞紧橡胶塞，然后用凸透镜聚光照射集气瓶中的红磷。 （1）由于凸透镜的聚光作用，使红磷的温度 ，红磷燃烧；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷，燃烧停止的原因是 。 （2）待完全反应冷却到常温后，打开弹簧夹观察到的实验现象是 ，说明 。 （3）实验中不能用木炭代替红磷，原因是 。 11．小芳同学测定空气里氧气的含量：分别在图甲所示装置的燃烧匙内放置铁粉、红磷(均足量)，电加热引燃。氧气含量随时间变化情况如图乙、图丙所示： (1)温度传感器显示红磷燃烧后温度升高，可知红磷燃烧属于 反应(填“吸热”或“放热”)。红磷熄灭恢复至室温，瓶中剩余氧气的体积分数是 。 (2)待铁粉熄灭并恢复至室温后，打开弹簧夹，进入瓶内的水约占原水面上方空间体积的 。 (3)分析图乙、图丙可知，实验中消耗氧气更彻底的是 (填“铁粉”或“红磷”)。 过关检测 1．在长白山的清新空气中，氧气的体积分数约为 A．21% B．0.03% C．0.94% D．78% 2．实验是化学研究的一种常用手段。关于红磷在空气中燃烧的现象，描述不正确的是 A．反应放热 B．产生黄色火焰 C．出现大量白烟 D．发出白光 3．生活中常见的物质属于纯净物的是 A．牛奶 B．洁净的空气 C．汽水 D．冰水混合物 4．靓仔们，上个月消防队在我校做了消防宣传，讲到的干粉灭火器，它是利用压缩气体吹干粉(主要含有磷酸二氢铵)来灭火，若气体是可利用的空气中含量最多的气体，则该气体是 A．H2O B．O2 C．稀有气体 D．N2 5．下列物质属于纯净物的是 A．洁净的矿泉水 B．生理盐水 C．臭氧 D．干净的果汁 6．图中是实验室测量空气中氧气含量的装置，有关该实验说法错误的是（　　）。 A．点燃红磷后要迅速伸入集气瓶中，并盖紧橡胶塞 B．红磷燃烧结束后，冷却至室温打开止水夹进行观察 C．反应结束后发现进入集气瓶中的水小于，可能的原因是装置漏气 D．可以将红磷改成木炭进行实验 7．下列装置都可用于测定空气里氧气的含量。a、b两物质的选择正确的是（　　）。 A．a是铜、b是红磷 B．a是铜、b是木炭 C．a是汞、b是红磷 D．a是汞、b是木炭 8．在利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验中（如图1所示），用传感器记录集气瓶中压强随时间变化的情况（如图2所示）。其中a所表示的时刻为 A．红磷刚点燃时集气瓶内的压强 B．红磷刚熄灭时集气瓶内的压强 C．准备打开弹簧夹时集气瓶内的压强 D．水沿导管流入瓶中到达刻度1处时集气瓶内的压强 9．小明同学用图1所示装置分别进行足量的红磷和木炭在空气中燃烧的对比实验(装置冷却至室温后结束实验)，用压强传感器测定实验过程中集气瓶内的压强变化情况如图2所示。 (1)写出红磷燃烧的反应符号表达式。 (2)实验前， (填“需要”或“不需要”)检查图1装置的气密性。 (3)根据图2曲线b推断：不能用木炭测定空气中的氧气含量。其依据是什么。 10．如图所示是测定空气中氧气含量的装置，气密性良好，在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份。用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃红磷后，迅速伸入瓶中并塞紧塞子；待燃烧停止并冷却至室温后，打开弹簧夹。 (1)写出红磷燃烧的符号表达式： 。 (2)打开弹簧夹后，烧杯中的水能够进入集气瓶中的原因是： 。 (3)实验结束后，瓶内剩余的气体主要是 ；由此实验可推测出该气体具有的化学性质是 13 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$