2.1 我们周围的空气讲义---2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

第二单元 空气和氧气 课题1 我们周围的空气 4 学科网（北京）股份有限公司 一、空气的组成 （一）拉瓦锡测定空气成分的实验 法国化学家“拉瓦锡”最早用“定量”的方法研究了空气的成分。 1. 实验一 【实验步骤】拉瓦锡把少量“汞”放在密闭的容器里连续加热12天； 【实验现象】部分银白色液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积约减少1/5； 说明：密闭容器内氧气与液态汞反应，气体减少导致压强降低，玻璃钟罩内液面上升，密闭容器内被消耗的氧气体积等于玻璃钟罩内吸入的液体体积，将隐形的东西显性化。 【反应原理】汞＋氧气氧化汞 【实验结论】剩余的4/5体积的气体，既不能供给呼吸也不能支持燃烧，他认为这些气体都是氮气（N2）。 2. 实验二 【实验步骤】拉瓦锡又把“汞表面生成的红色粉末”收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热； 【实验现象】红色粉末又变成银白色液体和能使带火星木条复燃的气体； 【反应原理】氧化汞氧气＋汞 【实验结论】氧化汞加热分解生成的氧气的体积，恰好等于密闭容器里所减少的气体的体积。 总结：通过上述实验，拉瓦锡得出了空气是由氧气和氮气组成的，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。 （二）空气的成分 1. 在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来人们在空气中又陆续发现了氦、氖、氩、氪、氙、氡等稀有气体。空气中除了氧气和氮气外，还含有稀有气体、二氧化碳及水蒸气等物质。 2. 通过实验测定，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0.03% （三）空气中氧气含量的测定 1. 实验目的：测定空气中氧气的含量 2. 实验装置： ①仪器：集气瓶、燃烧匙、玻璃导管、烧杯、弹簧夹、胶皮管；②药品：红磷、水。 注意： ①红磷要过量，保证完全消耗容器内的氧气，装置的气密性必须良好，不能漏气； ②集气瓶中水的作用：一是防止热的生成物溅落而炸裂瓶底，二是为了吸收生成的白烟，三是吸收热量，有助于装置冷却。 ③选择的药品在空气中能燃烧且只与氧气反应,该药品燃烧后的生成物应为固态或液态，所占的空间体积可忽略不计；不能用木炭、硫、铁丝、镁等代替“红磷”。木炭、硫燃烧后的生成物分别是二氧化碳、二氧化硫气体，会弥补所消耗氧气的体积，使集气瓶内压强变化不明显，而铁丝在空气中不燃烧，镁不仅可以与空气中的氧气反应，也能与空气中的氮气、二氧化碳反应生成固态物质。 3. 实验原理 利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小。在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。 4. 实验步骤 ①连接装置； ②检查装置的气密性； ③先在集气瓶内加入少量水后，把集气瓶剩余容积“五等分”； ④用弹簧夹夹紧胶皮管； ⑤点燃红磷后，立即伸入集气瓶内并把塞子塞紧； ⑥燃烧结束，待装置冷却到室温后打开弹簧夹。水沿导管进入集气瓶，最终水面上升1/5 注意： ①红磷量如果不足，不能完全消耗氧气，将导致测量结果偏小； ②必须冷却到室温才能打开弹簧夹。不冷却的话，水不会进入集气瓶或进入集气瓶中水太少，如果温度很高，集气瓶内空气还可能跑到瓶外，导致实验失败； ③将点燃的红磷放入集气瓶要迅速，防止装置内气体因受热膨胀从瓶口逸出，而使进水量增多。 5. 实验现象 红磷在集气瓶内燃烧，生成大量白烟。冷却到室温，打开弹簧夹，水经导管进入集气瓶，集气瓶中的水面上升，约占瓶内原有空气总体积的五分之一。 6. 实验结论 红磷燃烧生成“五氧化二磷”固体，极易溶于水且几乎不占体积；氧气体积约占空气体积的1/5； 氮气不支持燃烧、难溶于水。 说明：此实验只能粗略测定空气中氧气体积分数，不能得出体积为21%的结论。 7. 反应的文字表达式 红磷＋氧气五氧化二磷 8. 误差分析 ★ 测定结果小于1/5的可能原因： ①装置漏气，使瓶外空气进入集气瓶内，导致进入水的体积减少，使测得的氧气的体积分数偏小； ②红磷的量不足，没有将集气瓶内空气中的氧气完全反应掉，导致测得空气中氧气的体积分数偏小； ③没有冷却至室温就打开弹簧夹，会使进入水的体积偏小，导致测量结果偏小； ④导管内事先要注满水，否则燃烧冷却后，进入的水有一部分存在于导管中，使进入集气瓶内水的体积减少，导致测量结果偏小； ⑤燃烧到一定程度时，瓶内氧气含量变小，红磷未能继续燃烧，瓶内气体中残留有氧气。 ★ 测定结果大于1/5的可能原因： ①弹簧夹没有夹紧，红磷燃烧时使装置内气体受热膨胀沿导管逸出，导致进水量增多； ②将点燃的红磷放入集气瓶时太慢，气体受热膨胀而逸出，从而使进水量增多。 9. 化学兴趣小组设计如图所示的装置测定空气中氧气的含量，胶头滴管中的水滴入生石灰一段时间后，试管内的白磷（白磷的着火点为40 ℃）开始燃烧，待白磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是( ) A. 试管中的细沙可防止试管炸裂 B. 胶头滴管中的水和注射器中的水作用相同 C. 若实验测得氧气的体积分数偏低，可能是试管中白磷的量不足 D. 若注射器中的水最终减少了10mL，说明空气中氧气的体积分数约为20% 解析：A.白磷燃烧会放出热量，为防止试管炸裂，可在试管底部放少量细沙，选项A说法正确；B.生石灰遇水会放出大量热，胶头滴管中的水是为了提高烧杯内的温度，从而达到白磷的着火点；注射器中的水是用于推断消耗的氧气的体积，作用不同，选项B说法错误；C.若白磷不足就不能将试管中的氧气完全耗尽，导致实验测得氧气的体积分数偏低，选项C说法正确；D.若注射器中的水最终减少了10 mL，这就是消耗的氧气的体积，说明空气中氧气的体积分数为20%，选项D说法正确。 10. 节日期间的商场里顾客很多，有人会感觉到头晕缺氧，测定出氧气的体积分数可能是( ) A. 1% B. 19% C. 25% D. 78% 解析：空气中氧气的体积分数约为21%，节日期间的商场里顾客很多，则氧气的体积分数应略小于21%。B 二、物质的分类——混合物、纯净物 1. 混合物 ①定义：由两种或两种以上物质混合而成的物质。 如：空气、海水、铝合金、自然界的矿石等 ②性质：混合物没有固定的物理性质，各物质相互间不发生化学反应，各保持自己原有的化学性质。 注意：各组分的含量多少不固定，不能用化学式表示其组成。 2. 纯净物 ①定义：只由一种物质（不一定是一种元素）组成的物质。 如：氧气O2、氯化钠NaCl、氧化镁MgO等； ②性质：有固定的物理性质和化学性质。能用固定的化学式表示。 注意：混合物都是由纯净物组成的。如空气是混合物，组成空气的氮气、氧气、二氧化碳等都是纯净物。 3. 如何判断一种物质是纯净物还是混合物？ 答：关键是看这种物质是由几种物质组成，不能被物质的名称误导。如“五氧化二磷”是一种物质的名称，属于纯净物。“洁净、混合”等字词不能作为判断的根本依据，如冰水混合物属于纯净物，洁净的空气属于混合物。 4. 下列物质中，属于混合物的是( ) A. 冰水混合物 B. 纯净的空气 C. 氧化汞 D. 液氧 解析：冰水混合物是固态的冰和液态的水混合在一起组成的，只含一种物质，属于纯净物；纯净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，属于混合物；氧化汞和液氧中都只含一种物质，属于纯净物。 5. 下列各组物质中，前者属于混合物，后者属于纯净物的是( ) A. 水蒸气 一氧化碳 B. 纯牛奶 液态氧气 C. 水银 二氧化碳 D. 澄清石灰水 清澈的泉水 解析：A.水蒸气中只含有水一种物质，属于纯净物，一氧化碳中只含有一种物质，属于纯净物；B.纯牛奶中含有水、蛋白质等多种物质，属于混合物，液态氧气中只含有氧气一种物质，属于纯净物；C.水银和二氧化碳中都只含有一种物质，都属于纯净物；D.澄清石灰水中含有水和氢氧化钙两种物质，属于混合物，清澈的泉水中含有水和溶于水的杂质等多种物质，属于混合物。故选B。 6. 下列物质：①氮气 ②新鲜的空气 ③啤酒 ④矿泉水 ⑤氧气 ⑥稀有气体 ⑦铁 ⑧冰水混合物。 属于纯净物的有 （填序号） 仿写一例：________（填名称） 属于混合物的有 （填序号） 仿写一例：________（填名称） 答：属于纯净物的有①⑤⑦⑧，五氧化二磷；属于混合物的有②③④⑥，自来水。 三、空气是一种宝贵的资源 1. 氧气的性质和用途 物理性质：通常状况下，无色无味的气体，“不易”溶于水，密度比空气的略“大”。 化学性质：化学性质比较活泼（氧气在常温或高温下能和许多物质发生反应。氧气具有助燃性，没有可燃性，不能作燃料） 用途： ①供给呼吸，如医疗急救、潜水、登山、航空等； ②支持燃烧，如炼钢、气割、气焊以及化工生产和宇宙航行等。 2. 氮气的性质和用途 物理性质：通常状况下，氮气是一种无色无味的气体。难溶于水。在标准状况下的密度比空气的密度“略小”。熔点为－209.9℃，沸点为－195.8℃。 化学性质：不活泼，一般不燃烧也不支持燃烧。 用途： ①制硝酸和化肥的重要原料； ②化学性质稳定，用作保护气，如焊接金属时作保护气，充入灯泡内延长灯泡使用寿命，充入食品包装中防腐； ③医疗上可以在液氮冷冻麻醉的条件下做手术； ④超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能。 3. 稀有气体性质和用途 定义：稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡等气体的总称（属于混合物）； 物理性质：通常状况下，没有颜色、没有气味、难溶于水的气体，通电时发出不同颜色的光； 化学性质：很不活泼； 用途： ①用作保护气，如焊接金属时用稀有气体来隔绝空气； ②用作电光源，稀有气体在通电时能发出不同颜色的光（如航标灯、强照明用途灯、闪光灯、霓虹灯等）； ③氦可用作制冷剂，还可以填充飞艇气球，氙气可作麻醉剂。 1. 在生产研究中，需要用到一些保护气，当焊接金属时，为隔绝空气，能作为保护气的一组是( ) A. 氢气、氮气 B. 氮气、氧气 C. 二氧化碳、氧气 D. 氮气、氩气 解析：焊接金属时，在高温下金属能够与空气中的氧气发生化学反应，所以要隔绝空气，用作保护气的气体必须满足的条件是本身化学性质相对稳定，既不燃烧也不与金属发生反应。答案：D 2. 下列关于空气资源的叙述中，错误的是( ) A. 空气是一种重要的自然资源，空气中的氮气是制氮肥的重要原料； B. 空气中的氮气用途广泛，例如食品防腐、液氮超导实验车； C. 空气按质量分数划分，氮气占78%，氧气占21%； D. 空气中氧气的主要用途是供给呼吸和支持燃烧。 解析：空气按体积分数划分，氮气约占78%，氧气约占21%，C项错误。 四、保护大气环境 1. 空气污染 空气污染的原因：如燃料燃烧，工厂废气排放，飞机、汽车尾气排放等。 空气污染严重损害人体健康，影响作物生长，破坏生态平衡。 大气污染引发的三大环境问题： 温室效应——使全球气候变暖； 酸雨——使土壤酸化，破坏建筑物等； 臭氧空洞——使紫外线危害人类和动植物。 2. 空气的污染物及来源 空气中的有害物质主要来自“矿物燃料（煤、石油和天然气）的燃烧、工厂排放的废气及汽车排放的尾气”。 ①气态污染物 一氧化碳：主要来自“汽车尾气、含碳燃料不完全燃烧”，一氧化碳易与血液中血红蛋白结合，而难分离，导致血红蛋白不能与氧气结合，使人体缺氧死亡； 二氧化硫：主要来自含硫燃料的燃烧，引发呼吸道疾病，严重者死亡；造成酸雨，破坏地面设施等； 二氧化氮：主要来自汽车、飞机等尾气，引发眼睛、呼吸系统炎症；造成酸雨；破坏高空臭氧层等； 氟氯烃：主要来自冰箱、空调制冷剂，破坏高空臭氧层。 ②固态污染物 可吸入颗粒物(粉尘、铅等)，主要来自汽车尾气和建筑、生活等城市垃圾扩散，引发咳嗽、咽喉病、“尘肺”；导致雾霾增多，能见度降低。 3. 防治措施 ①加强对空气质量的监测，改善环境状况，积极植树、造林、种草等； ②消除污染源：减少化石燃料的使用，更多地使用清洁能源；改革生产工艺，减少工厂废气排放，工厂废气处理达标后再排放；汽车安装尾气净化装置； 4. 空气质量日报 ①空气质量日报内容 空气质量指数、首要污染物、空气质量级别、空气质量状况等。 ②空气质量指数内容 二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物PM10、细颗粒物（PM2.5）和臭氧等。 注意： PM2.5也称可入肺颗粒物。PM2.5的含量越高，代表空气污染越严重。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5有粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远等特点，目前已被纳入基本监控项目。 5. 下列不属于空气质量指数(简称AQI)中污染物监测范畴的是( ) A. CO B. SO2 C. N2 D. PM2.5 解析：氮气不是空气污染物，不属于空气质量指数（简称AQI）中污染物监测范畴。答案：C 五、中考真题 1. 用如图装置进行实验。下列现象能证明空气中O₂ 含量的是( ) A. 红磷燃烧，产生白烟； B. 瓶中液面先下降，后上升； C. 瓶中液面最终上升至1处； D. 水槽中液面下降。 解析：A.红磷与氧气反应生成固体五氧化二磷，产生白烟，只能证明空气中有氧气，不能证明氧气的含量；B.瓶中液面先下降，后上升，说明瓶内压强先变大后变小，无法证明氧气的含量；C.将瓶内体积分成五等份，足量的红磷耗尽了装置内的氧气，冷却至室温后，瓶内的水面上升至刻度1处，说明瓶内气体减少了五分之一，证明氧气约占空气体积的五分之一；D.水槽内液面下降，只能说明瓶内压强变小，不能证明氧气的含量。答案：C 2. 某日某市主城区的空气质量报告如图，下列说法错误的是( ) A.“污染指数”越大表示空气质量越差； B. 空气污染可能会导致酸雨； C. 当日的首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5； D. 当日一氧化碳未对主城区的空气造成污染。 解析：当日的首要污染物为可吸入颗粒物PM₁₀ 3. 下列有关稀有气体的说法错误的是( ) A. 稀有气体的化学性质不活泼； B. 稀有气体可制成多种用途的电光源； C. 稀有气体不与任何物质发生化学反应； D. 空气中含有少量的稀有气体。 解析：稀有气体的化学性质不活泼，但在一定条件下也能与某些物质发生化学反应，故A正确，C错误。 4. 某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验。 【实验1】按图甲所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。 【实验2】按图乙所示装置，在集气瓶内用水均匀涂附铁粉除氧剂(其中辅助成分不干扰实验)。利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数。 ①实验1中，请写出红磷燃烧的现象： 红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开K，水能倒吸入集气瓶的原因： 答：放出热量，产生大量白烟；红磷燃烧消耗氧气，瓶内压强减小。 ②为提高实验的准确性，以上两个实验都需要注意的事项是： (写一点即可)。 答：装置的气密性要好。 ③实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、图丁所示，依据图中信息，__ (填“实验1”或“实验2”)的测定方法更准确，判断依据是： 答：实验2，氧气消耗得更彻底。 ④结合你的学习经验，若要寻找红磷或铁粉除氧剂的替代物，用图甲或图乙装置测定空气中氧气的体积分数，该替代物应满足的条件是： 、 答：只与氧气反应，产物不为气体。 $$