2.1 空气的组成 导学案----2025--2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

本文围绕“空气的组成”展开，涵盖空气成分、混合物与纯净物概念、氧气含量测定实验及稀有气体性质用途等核心知识。承接化学基础认知，为后续气体性质学习奠基。通过知识点讲解、例题分析等环节，培养学生化学观念、科学思维等核心素养。 本设计亮点在于以导学案形式，引导学生自主学习。从学生角度，提升其分析与判断能力；对教师而言，提供清晰授课框架；课堂上，有效突破测定氧气含量实验等教学难点。

2.1 空气的组成 导学案 空气是人类赖以生存的物质基础，了解空气的组成是开启化学探究的重要一步。这份导学案将引导学生系统学习空气组成的相关知识，从实验探究到理论认知，逐步揭开空气的神秘面纱。 一、学习目标（简写版） 1. 掌握空气的主要成分及各成分的体积分数，理解混合物和纯净物的概念并能准确区分。 1. 熟悉测定空气中氧气含量的实验原理、操作步骤、现象及结论，能分析实验误差产生的原因。 1. 了解稀有气体的性质及用途，认识空气对人类生活和生产的重要作用。 二、学习重难点 重点 1. 空气的成分及各成分的体积分数，混合物与纯净物的概念及判断。 1. 测定空气中氧气含量的实验原理、现象及结论。 难点 1. 理解测定空气中氧气含量实验的原理，分析实验误差产生的原因。 1. 准确区分混合物和纯净物，避免对一些常见物质分类错误。 三、知识点自主预习填空 1. 空气的成分 0. 法国化学家______最早通过实验得出空气是由______和______组成的结论。 0. 空气的成分按体积计算，大约是：氮气______、氧气______、稀有气体______、二氧化碳______、其他气体和杂质______。 8. 混合物和纯净物 0. 由______物质混合而成的物质叫做混合物，例如______。 0. 由______物质组成的物质叫做纯净物，例如______。 9. 测定空气中氧气含量的实验 0. 实验原理：利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的______，使容器内压强______，在外界大气压的作用下，水进入容器，进入水的体积即为______的体积。 0. 实验现象：红磷燃烧产生大量______，冷却后打开弹簧夹，水进入集气瓶，约占集气瓶内原空气体积的______。 0. 实验结论：氧气约占空气总体积的______。 10. 稀有气体 0. 稀有气体包括______、______、______、氪、氙等，化学性质______，曾被称为惰性气体。 0. 稀有气体在通电时能发出______，可用于制作电光源。 四、知识点讲解与要点剖析 知识点 1：空气的成分 1. 核心知识 0. 历史探究：法国化学家拉瓦锡通过定量实验，用汞在密闭容器中加热与氧气反应，得出空气是由氧气和氮气组成的结论，为空气成分的研究奠定了基础 。 0. 现代认知：空气是一种混合物，其成分按体积计算，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% 。需要注意的是，这里是体积分数而非质量分数，氮气和氧气是空气中的主要成分，氮气化学性质稳定，常用作保护气；氧气能支持燃烧和供给呼吸，在医疗、航天等领域有重要应用 。 12. 常考易错点 0. 混淆体积分数和质量分数，错误地认为空气中氮气和氧气的含量是按质量计算的。 0. 对各成分的体积分数记忆不准确，特别是稀有气体、二氧化碳等占比较小成分的数值。 经典例题 空气中含量最多且化学性质不活泼的气体是（ ） A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 解析：空气中氮气的体积分数最大，约为 78%，且氮气化学性质不活泼，常用作保护气；氧气化学性质比较活泼；二氧化碳和稀有气体在空气中含量较少。答案选 B。 变式题 空气成分中，体积分数约为 21% 的是（ ） A. 氮气 B. 氧气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 解析：空气成分按体积计算，氧气约占 21%。答案选 B。 知识点 2：混合物和纯净物 1. 核心知识 0. 概念： 14. 混合物：由两种或两种以上物质混合而成的物质，组成不固定，各成分保持各自的化学性质。例如，空气由氮气、氧气等多种物质组成，属于混合物；海水含有水、氯化钠等多种物质，也是混合物 。 14. 纯净物：由一种物质组成的物质，有固定的组成和性质。例如，氧气只由氧气分子组成，属于纯净物；水由水分子构成，也是纯净物 。 0. 区分方法：判断一种物质是混合物还是纯净物，关键看物质的组成成分是否单一，不能仅凭名称判断。例如，“冰水混合物”，虽然名称中有 “混合物”，但冰和水都是由水分子组成，属于纯净物；而 “洁净的空气”，即使很干净，依然含有多种气体，属于混合物 。 14. 常考易错点 0. 错误地认为有固定名称的物质就是纯净物，如 “矿泉水”，因含有多种矿物质，属于混合物。 0. 对一些由同种元素组成的物质分类错误，例如氧气和臭氧混合，虽然只含一种元素，但属于混合物。 经典例题 下列物质属于纯净物的是（ ） A. 矿泉水 B. 空气 C. 冰水混合物 D. 石灰水 解析：A 选项矿泉水中含有水和多种矿物质，属于混合物；B 选项空气含有氮气、氧气等多种气体，属于混合物；C 选项冰水混合物中冰和水都是由水分子构成，属于纯净物；D 选项石灰水是氢氧化钙的水溶液，含有氢氧化钙和水，属于混合物。答案选 C。 变式题 下列各组物质中，都属于混合物的是（ ） A. 氧气、二氧化碳 B. 氮气、稀有气体 C. 海水、自来水 D. 冰水、纯净水 解析：A 选项氧气和二氧化碳都只由一种物质组成，属于纯净物；B 选项氮气是纯净物，稀有气体是混合物；C 选项海水含有水、氯化钠等多种物质，自来水含有水和一些可溶性杂质，都属于混合物；D 选项冰水是纯净物，纯净水也属于纯净物（这里的纯净水指化学意义上的纯净物，实际生活中的 “纯净水” 可能含少量杂质）。答案选 C。 知识点 3：测定空气中氧气含量的实验 1. 核心知识 0. 实验原理：红磷在密闭容器中与氧气发生化学反应，文字表达式为红磷+氧气五氧化二磷。红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固体，使容器内气体减少，压强减小，在外界大气压的作用下，水进入容器，进入水的体积就近似等于消耗氧气的体积 。 0. 实验装置与操作： 19. 装置组成：集气瓶、燃烧匙、橡皮塞、弹簧夹、导管、烧杯等 。 19. 操作步骤：检查装置气密性；在集气瓶内加入少量水，并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，立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞；待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹 。 0. 实验现象与结论： 20. 现象：红磷燃烧产生大量白烟，放出热量；冷却后打开弹簧夹，水进入集气瓶，约占集气瓶内原空气体积的 。 20. 结论：氧气约占空气总体积的 。 0. 误差分析： 21. 测量结果偏小的原因：红磷的量不足，氧气未被完全消耗；装置漏气，外界空气进入；未冷却至室温就打开弹簧夹，气体受热膨胀，导致进入水的体积偏小 。 21. 测量结果偏大的原因：弹簧夹未夹紧，红磷燃烧时部分空气受热从导管逸出；燃烧匙伸入集气瓶的速度过慢，使装置内部分空气受热逸出 。 16. 常考易错点 0. 对实验原理理解不透彻，不清楚为什么进入水的体积等于氧气的体积。 0. 在分析实验误差时，遗漏可能导致误差的因素，或错误判断误差产生的原因。 0. 实验操作细节记忆不准确，如忘记检查装置气密性等。 经典例题 在测定空气中氧气含量的实验中，下列说法正确的是（ ） A. 红磷燃烧时产生大量白雾 B. 该实验能证明空气中含有氮气、氧气和稀有气体 C. 燃烧匙中的红磷可以换成木炭 D. 实验前应先检查装置的气密性 解析：A 选项红磷燃烧产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒），不是白雾；B 选项该实验只能证明空气中氧气的含量，不能证明含有氮气、稀有气体等；C 选项木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强变化不明显，不能用于测定氧气含量；D 选项实验前检查装置气密性是必要操作，防止装置漏气导致结果不准确。答案选 D。 变式题 某同学在做测定空气中氧气含量的实验时，实验结束后，发现进入集气瓶内的水的体积小于集气瓶内原空气体积的，可能的原因是（ ） ①红磷量不足 ②装置气密性不好 ③未冷却至室温就打开弹簧夹 ④集气瓶内预先没有装少量水 A. ①②③ B. ①②④ C. ①③④ D. ②③④ 解析：红磷量不足，氧气不能完全消耗，会使进入水的体积偏小；装置气密性不好，外界空气进入，导致进入水的体积偏小；未冷却至室温就打开弹簧夹，气体膨胀，进入水的体积也会偏小。集气瓶内预先装少量水是为了吸收五氧化二磷和防止瓶底炸裂，与进入水的体积大小无关。答案选 A。 知识点 4：稀有气体 1. 核心知识 0. 成分与性质：稀有气体包括氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪、氙等，化学性质很不活泼，一般情况下很难与其他物质发生化学反应，曾被称为惰性气体 。 0. 用途：由于稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，因此可用于制作电光源，如霓虹灯、航标灯等；氦气密度小且化学性质稳定，可用于填充探空气球；氩气化学性质稳定，常用作焊接金属时的保护气 。 18. 常考易错点 0. 对稀有气体的成分记忆不全，或混淆稀有气体与其他气体。 0. 不理解稀有气体用途与性质之间的关系，例如不清楚为什么氦气可用于填充探空气球。 经典例题 下列有关稀有气体的说法中，错误的是（ ） A. 稀有气体包括氦、氖、氩等 B. 稀有气体化学性质很不活泼，不与任何物质发生化学反应 C. 稀有气体在通电时能发出不同颜色的光 D. 稀有气体可用于制作电光源 解析：稀有气体包括氦、氖、氩等，A 选项正确；稀有气体化学性质很不活泼，但在一定条件下也能与某些物质发生化学反应，B 选项错误；稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可用于制作电光源，C、D 选项正确。答案选 B。 变式题 下列用途中，利用了稀有气体化学性质的是（ ） A. 制作霓虹灯 B. 填充探空气球 C. 用作焊接金属的保护气 D. 制造低温环境 解析：制作霓虹灯利用的是稀有气体通电发光的物理性质；填充探空气球利用的是氦气密度小的物理性质；用作焊接金属的保护气利用的是稀有气体化学性质不活泼，不易与金属发生反应；制造低温环境与稀有气体的性质无关。答案选 C。 五、效果检测（判断正误） 1. 空气的成分按质量计算，氮气约占 78%，氧气约占 21%。（ ） 1. 纯净物一定由一种元素组成，混合物一定由多种元素组成。（ ） 1. 在测定空气中氧气含量的实验中，红磷燃烧产生大量白雾。（ ） 1. 稀有气体化学性质很不活泼，不能与任何物质发生反应。（ ） 1. 冰水混合物属于混合物。（ ） 六、思维导图 七、归纳总结 1. 空气主要由氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（0.94%）、二氧化碳（0.03%）及其他气体和杂质（0.03%）组成，这些是按体积分数计算，要牢记各成分占比。 1. 混合物由多种物质混合而成，无固定组成；纯净物由一种物质组成，有固定组成和性质，判断时需依据物质组成而非名称。 1. 测定空气中氧气含量的实验利用红磷燃烧消耗氧气，通过水的进入体积确定氧气体积，实验操作要规范，同时能准确分析误差原因。 1. 稀有气体化学性质不活泼，在通电时能发光，用途广泛，如制作电光源、作保护气等，其用途与性质紧密相关。 八、课后作业 一、选择题 1．化学史上第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是 A．拉瓦锡 B．侯德榜 C．道尔顿 D．门捷列夫 2．空气是一种宝贵的资源，其中含量最高且常用作保护气的是 A．氮气 B．氧气 C．氦气 D．二氧化碳 3．空气的成分按体积计算，含量最高的是 A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．稀有气体 4．如图所示为探究空气中氧气含量的实验，其中没有用到的仪器是 A．集气瓶 B．试管 C．燃烧匙 D．烧杯 5．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 6．如图所示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．红磷的量不足会影响实验结论 B．实验前一定要检查装置的气密性 C．将红磷改成木炭也能得到正确的实验结论 D．钟罩内气体压强的减小会导致水面的上升 7．下列物质属于纯净物的是 A．食醋 B．固态氧气 C．纯牛奶 D．澄清石灰水 8．在医疗领域，碘酒常用于皮肤消毒，杀死皮肤表面的细菌、病毒等微生物，从而预防感染。下列物质的类别与碘酒不同的是 A．石油 B．水银 C．大理石 D．海水 9．下列属于纯净物的是 A．牛奶 B．海水 C．空气 D．液氧 10．下列气体中可供给动植物呼吸的是 A．氧气 B．氮气 C．稀有气体 D．二氧化碳 二、填空与简答 11．空气是一种重要的资源。 (1)空气中氧气的用途是 。 (2)如图是测定空气中氧气的体积分数的实验： ①请写出该文字表达式 ；该反应的基本类型是 （选填“化合”或“分解”反应）。 ②下列说法不正确的是 。 A．实验时红磷应足量  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 12．从①氧气②氮气③二氧化碳这三种气体中，选择适当的物质并用序号填空。 (1)石灰水长期露置在空气中，瓶壁和石灰水底部均会出现白色固体，说明空气中含有 。 (2)食品包装时常充入以防腐的气体是 。 (3)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 。 13．空气中的各种成分都有十分重要的用途。请用字母填空。 A．制成有色电光源    B．支持燃烧 C．作保护气    D．制氮肥的重要原料 E.炼钢    F.光合作用的原料 G.润湿空气，有利于人的呼吸 (1)氧气： 。 (2)氮气： 。 (3)稀有气体： 。 (4)二氧化碳： 。 (5)水蒸气： 。 九、答案与解析 （一）自主预习填空答案 1. 拉瓦锡；氮气；氧气；78%；21%；0.94%；0.03%；0.03% 1. 两种或两种以上；空气（合理即可）；一种；氧气（合理即可） 1. 氧气；减小；氧气；白烟；\frac{1}{5}；\frac{1}{5} 1. 氦；氖；氩；很不活泼；不同颜色的光 （二）效果检测答案及解析 1. ×。空气的成分是按体积计算，氮气约占 78%，氧气约占 21%，不是按质量计算。 1. ×。纯净物可能由一种元素组成（如氧气），也可能由多种元素组成（如水）；混合物不一定由多种元素组成，如氧气和臭氧的混合物只含一种元素。 1. ×。红磷燃烧产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒），不是白雾（白雾是小液滴）。 1. ×。稀有气体化学性质很不活泼，但在一定条件下也能与某些物质发生反应，不是不能与任何物质反应。 1. ×。冰水混合物中冰和水都是由水分子构成，属于纯净物，不是混合物。 （3） 课后作业答案及解析 1．A 【详解】A、拉瓦锡用定量的方法测定了空气的成分，得出空气是由氮气和氧气组成，故A符合题意； B、侯德榜改进了纯碱的制备方法，将制碱工业与化肥工业结合起来，故B不符合题意； C、道尔顿提出原子论，故C不符合题意； D、门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，故D不符合题意。 故选A。 2．A 【详解】空气中氮气的含量最高，且氮气化学性质不活泼，常用作保护气，故选：A。 3．B 【详解】空气的成分按体积计算，氮气约占78%、氧气约占21%、稀有气体约占0.94%、二氧化碳约占0.03%、其他气体和杂质约占0.03%，故含量最高的是氮气，故选：B。 4．B 【详解】图中左侧反应容器为集气瓶，盛放红磷的仪器是燃烧匙，右侧盛放水的仪器是烧杯，故没有用到的仪器是试管。 故选B。 5．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。 6．C 【详解】A. 红磷的量不足，不能使装置内的氧气消耗完，会使测量结果偏小，此选项正确； B. 实验前一定要检查装置的气密性，若装置气密性不好，会使测量结果偏小，此选项正确； C.木炭燃烧生成二氧化碳，装置内压强几乎不变，不能的出正确结论，此选项错误； D. 钟罩内气体压强的减小，在大气压的作用下会导致水面的上升，此选项正确； 故选C。 7．B 【详解】A、食醋含有醋酸和水等多种物质，属于混合物，不符合题意； B、固态氧气是氧气的固态形式，是由一种物质组成的，属于纯净物，符合题意； C、牛奶中含有多种物质，属于混合物，不符合题意； D、澄清石灰水中含有氢氧化钙和水，属于混合物，不符合题意； 故选B。 8．B 【分析】碘酒是碘和酒精形成的混合物。 【详解】A、石油由多种物质组成，是混合物，故A错误； B、水银（汞，Hg）是单一成分的金属单质，属于纯净物，故B正确； C、大理石含碳酸钙和杂质，是混合物，故C错误； D、海水含多种盐类和水，是混合物，故D错误。 故选B。 9．D 【详解】A、牛奶中含有水、蛋白质等物质，属于混合物，故选项错误； B、海水中含有水、氯化钠等物质，属于混合物，故选项错误； C、空气中含有氮气、氧气等物质，属于混合物，故选项错误； D、液氧是液态氧气，是由同种物质组成，属于纯净物，故选项正确。 故选：D。 10．A 【详解】氧气能支持燃烧，供给呼吸，故可供给动植物呼吸的气体是氧气。 故选A。 11．(1)医疗急救（合理即可） (2) 化合 C 【详解】（1）氧气能支持燃烧、供给呼吸，因此空气中氧气的用途是富氧炼钢、医疗急救等； （2）①在点燃的条件下，红磷与氧气反应生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：，该反应是由两种物质反应生成另一种新物质，属于化合反应； A.实验时红磷应足量，这样才能将氧气耗尽，故A说法正确； B.点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管，以防装置内的空气受热膨胀逸出，导致测定结果偏大，故B说法正确； C.红磷熄灭后不能立刻打开弹簧夹，否者导致测定结果偏小，故C说法错误； D.最终进入瓶中水的体积约为氧气的体积，故D说法正确； 故答案为：C。 12．(1)③ (2)② (3)① 【详解】（1）石灰水（氢氧化钙溶液）长期接触空气会与二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀，说明空气中有二氧化碳，故填③； （2）氮气化学性质稳定，常用作食品包装的防腐气体以隔绝氧气，防止氧化变质，故填②； （3）氧气能支持呼吸，小白鼠存活需要呼吸氧气，说明空气中含有氧气，故填①。 13．(1)BE (2)CD (3)AC (4)F (5)G 【详解】（1）氧气能支持燃烧，可用于炼钢，故填：BE； （2）氮气化学性质不活泼，可用作保护气；氮气中含有氮元素，是制氮肥的重要原料，故填：CD； （3）稀有气体化学性质不活泼，可用作保护气；稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可制成有色电光源，故填：AC； （4）二氧化碳是植物光合作用的原料之一，故填：F； （5）水蒸气能润湿空气，有利于人的呼吸，故填：G。 学科网（北京）股份有限公司 $$