4.1空气的组成---2025--2026学年九年级化学鲁教版（2024）上册

1999年11月20日6时30分，中国第一艘无人试验飞船神舟一号，从酒泉卫星发射中心发射升空。 2003年，杨利伟搭乘神州五号在轨飞行14圈，完成了中国首次载人航天飞行。 2024年10月30日4时27分，搭载神州十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功。 航宇问天 逐梦苍穹 大大单元情境 单元情景 实验室制取气体的一般思路和方法 研究物质性质的一般思路与方法 研究混合物组成的思路与方法 空气的组成 氧气的性质 氧气的实验室制取 我们周围的空气 大单元情境 载人航天是当今世界高新技术发展水平的集中展示，是衡量一个国家综合国力的重要标志。在探索太空的过程中，宇航员的生存离不开氧气的支持，火箭发射的氧化剂是氧气。本单元围绕氧气，我们将探究空气的组成、氧气的性质和实验室制取等内容。 第一节 空气的成分 第四章 我们周围的空气 PART 01 PART 02 PART 03 PART 04 通过对拉瓦锡空气成分测定实验的反思及空气中氧气含量测定的科学探究，初步形成定量测定气态混合物组成的思路与方法。 认识空气是宝贵的自然资源，体会物质性质与用途的关系。 关注空气质量报告，形成保护和节约资源的可持续发展意识与社会责任感。 培养学生尊重证据、严谨求实、敢于创新的科学态度。 学习目标 空气与我们朝夕相伴，离开了空气我们不能生存，你熟悉它的成分吗？ 人类在探索空气成分的道路上都经历了怎样的过程呢？让我们踏着前人的足迹一起开始探究之旅吧！ 新课导入 转动的风车 晃动的树叶 动植物呼吸 问题思考 如何证明空气的存在？ 一、定量认识空气的组成 空气的成分 氩 气 （0.934％） 其他气体（0.002％） 二氧化碳（0.038％） 氮气（78％） 氧气（21％） 其他气体 干燥洁净空气的成分 （体积分数） 7 17世纪中叶以前 18世纪 人们对空气的认识还是模糊的。 通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，人们才开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。 空气成分的发现史 1772英国化学家卢瑟福 1773年瑞典化学家舍勒 1774年英国化学家普利斯特利 发现空气中有氧气 加热氧化汞释放出气体，奖盖气体收集起来。发现蜡烛在该分解出来的气体中放出更加光亮的火焰；老鼠在该气体中比在同体积的空气中存活的时间长了4倍。 发现空气中有氮气 在密闭容器中燃烧磷时，除去空气中可助燃和可供动物呼吸的气体。对剩下的气体进行研究，发现该气体不能维持生命，具有灭火的性质。因此将该气体命名为氮气。 法国化学家拉瓦锡 发现空气由氧气和氮气组成 并测量了空气中氮气和氧气的含量 当他知道普利斯特利从氧化汞中制取出氧气的方法后。就做了著名的研究空气充分的实验。他摆脱了传统的错误理论（燃素说）的束缚，尊重事实，对实验进行了科学的分析和判断，揭示了燃烧是物质和空气中氧气发生了反应，指出了物质里根本不存在所谓的燃素的特殊东西。 拉瓦锡测定空气中氧气含量实验 拉瓦锡测定空气中氧气含量实验 实验结论： 空气由氧气(O2)和氮气(N2)组成 拉瓦锡探究空气成分的实验 思考：拉瓦锡是如何进行上述两个实验的呢？通过上述两个实验，拉瓦锡又得出了怎样的结论？ 课堂探究 拉瓦锡和他的钟罩实验 拉瓦锡研究空气成分所用的装置 把银白色的液态汞放在密闭的玻璃容器中，连续加热12天 ① 部分液态汞由银白色变成红色粉末； 实验步骤 实验现象 ② 钟罩内的液面上升约1/5。 探究活动：钟罩实验 拉瓦锡和他的钟罩实验 1.在反应过程中汞消耗的是空气中的什么气体？ 思考 2.钟罩内液面为什么会上升？ 密闭容器中的氧气 3.怎么确定氧气约占空气体积的1/5？ V(O2消耗)=V(Hg上升） P内<P外 O2被消耗 液面上升 h ≈ V(O2) ≈ V(空） （等量代换） 拉瓦锡和他的钟罩实验 对剩余的气体进行研究 既不供给呼吸也不支持燃烧 他认为这些气体全是氮气 空气由氧气(O2)和氮气(N2)组成 发 现 实验结论 其中氧气约占空气总体积的1/5 空气由氮气和氧气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。 引申拓展： 受当时的化学基础和实验条件的限制，拉瓦锡当时并不能确定不支持燃烧的剩余气体的成分，误认为剩余的气体都是氮气，得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。直到19世纪末，人们才认识到空气中除氧气和氮气外，还有其他的成分。 实验结论： 交流讨论拉瓦锡测定空气成分的实验 1.拉瓦锡测定空气成分的实验为什么选择在密闭容器中进行? 2.加热条件下，汞与氧气化合生成氧化汞。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? 假如你是当时的拉瓦锡，你该如何测定空气中氧气的含量？ 一定体积的空气 氮气 氧气 方法模型 密闭容器 消耗氧气 压强减小 倒流的水的体积=氧气的体积 备注： 1、假如你是当时的拉瓦锡，你该如何测定空气中氧气的含量？ 2、你知道液体的体积如何测量吗？固体的体积呢？那么气体的体积呢？ 我们生活中有没有这样的例子呢？ 液体体积测量 固体体积测量 气体体积测量 例如: 实验1：测量胶头滴管排出的空气 实验2：将一个烧杯中的水导到另一个烧杯 那接下来我们就一起走进历史的长河中， 跟拉瓦锡一起开启探究空气的组成的化学之旅吧！ 在实验时注意观察拉瓦锡用什么消耗氧气？以及注意观察实验现象 量筒 排液法 进液法 仿照拉瓦锡实验原理测定空气中氧气含量 (1) 在集气瓶内加少量水，将水面上方空间分为5等份，并做好标记 (2) 用弹簧夹夹紧乳胶管，在燃烧匙内放入足量的红磷，用酒精灯加热 (3) 点燃红磷后立即伸入瓶中并把橡胶塞塞紧。待红磷熄灭并冷却至室温 (4) 打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况 按图实验装置进行实验 （一）红磷燃烧实验步骤： 实验药品和仪器 药品：红磷、蜡烛、硫粉、铁丝 仪器：集气瓶、烧杯、导管、燃烧匙、 酒精灯、打火机、止水夹 1、二氧化硫有刺激性气味，会导 致酸雨，是空气污染物之一。 2、二氧化碳和二氧化硫能溶于水。 信息提示 (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) (气体) 实验探究 空气中氧气含量的测定（一） 【实验药品】 a.所选的反应物只能与空气中的氧气反应 b.反应后生成物必须为固体 金属铜在空气中只与氧气反应，生成固体氧化铜 红磷（或白磷）在空气中只与氧气反应，生成固体五氧化二磷 符合实验药品的要求 一、定量认识空气的组成 21 实验探究 空气中氧气含量的测定（一） 【实验原理及装置】 在加热的条件下，铜粉跟空气中的 氧气完全反应，生成固体氧化铜， 而又不产生新的气体，从而使密闭 装置内空气的体积减少，减少的体 积即为空气中氧气的体积。 一、定量认识空气的组成 铜 + 氧气 氧化铜 加热 2Cu + O2 2CuO (红、固) （黑、固） △ 22 实验探究 空气中氧气含量的测定（一） 【实验步骤】 ① 测量玻璃管的容积。 ②在另一相同容积的玻璃管中装入足量铜粉，塞上橡胶塞，用小气球密封玻璃管口。 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。 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，待玻璃管冷却至室温，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。 一、定量认识空气的组成 使氧气反应完全 使铜粉与氧气充分反应 使实验结果更准确 反应开始前，注射器活塞外移，原因：反应未开始，管内气压受热膨胀 反应之后，活塞内移原因：铜粉与氧气反应，生成固体，管内气压减小 23 实验探究 空气中氧气含量的测定（一） 【实验现象】 红色固体变为黑色 铜粉-红色 氧化铜-黑色 一、定量认识空气的组成 气球作用：平衡气压 铜+氧气 氧化铜 加热 2Cu + O2 2CuO △ 24 实验探究 空气中氧气含量的测定（一）（一） 结论：氧气约占空气体积的1/5 ①装置漏气； ②药品不足； ③未冷却到室温读数 未推拉注射器活塞 实验结果偏小原因 一、定量认识空气的组成 硬质玻璃管的容积 反应前注射器中的气体体积 反应后注射器中的气体体积 反应消耗的氧气体积 氧气占空气的体积分数 20 10 4 6 ④ 25 实验探究2：测定空气里氧气的含量实验改进方案 红磷 + 氧气 五氧化二磷 点燃 方法模型 密闭容器 消耗氧气 压强减小 倒流的水的体积=氧气的体积 实验探究2 空气中氧气含量的测定（二） ①将集气瓶的容积划分为5等份，并加以标记。 ②将橡胶管上的止水夹夹紧，在燃烧匙内装入足量的红磷，在酒精灯火焰上点燃红磷后，将燃烧匙迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞，观察现象。 ③待火焰熄灭后，观察红磷是否有剩余。待集气瓶冷却到室温后，把导管插入盛水的烧杯中，打开止水夹，观察现象。 一、定量认识空气的组成 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，水进入容器内，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。 ①红磷燃烧，发出黄色火焰，有大量白烟生成，放出热量；②冷却后，打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶内，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气体积的。 实验现象： 【结论】氧气约占空气总体积的 P + O2 P2O5 点燃 磷＋氧气 五氧化二磷 点燃 空气中氧气含量的测定（二） 实验探究2 空气中氧气含量的测定（二） 一、定量认识空气的组成 【思考1】集气瓶中的水上升到约1/5后，不能继续上升，说明剩余气体有什么性质？ 剩余气体约占空气总体积的4/5，不能燃烧也不支持燃烧，且不溶于水。 主要是氮气 对比拉瓦锡研究空气成分的实验，小组讨论，回答下列问题： 实验原理：红磷燃烧消耗氧气，使装置内压强减小，烧杯中的水被压进集气瓶，进入的水的体积等于消耗的氧气的体积。 1、烧杯内的水为什么会进入集气瓶中？ (汞槽的汞为什么进入钟罩中？) 耗氧剂： ①只消耗氧气 ②生成物不是气体 方法模型 密闭容器 消耗氧气 压强减小 倒流的水的体积=氧气的体积 2、为什么可以用汞和红磷消耗氧气，蜡烛可以吗？ 空气中氧气含量测定的改进实验 一、定量认识空气的组成 改进实验的优点：装置始终密封，使实验结果更准确。 法国化学家拉瓦锡 发现空气由氧气和氮气组成 并测量了空气中氮气和氧气的含量 19世纪末英国物理学家瑞利 发现了稀有气体氩气之后，其它各种稀有气体陆续被发现。 空气成分的发现史 数字化实验利用氧气传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将氧气传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中通过对各种物理量(如温度、压强、浓度等)的数据进行记录、呈现和分析，我们可以准确测定空气中氧气的含量。 课外拓展 工业制取氧气 二、空气是一种重要的资源 装在不同颜色的钢瓶中 制取方法：分离液态空气（物理变化） 35 氧气的用途 二、空气是一种重要的资源 (1)供给呼吸 钢铁冶炼 卫星发射 (2)支持燃烧 金属焊接 医疗急救 宇宙航行 36 氮气的用途 二、空气是一种重要的资源 化工原料 制冷剂 保护气 37 稀有气体的用途 二、空气是一种重要的资源 由于稀有气体化学性质稳定，因此常用作保护气，如灯泡中充稀有气体以使灯泡耐用；稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可制成多种用途的电光源，（物理性质）如闪光灯，霓虹灯等。 氩弧焊又称氩气体保护焊 38 探究不同气体中二氧化碳的含量 三、关注空气质量 实验 样本气体来源 实验现象 实验结论 1 树林中空气 无变化 商场中二氧化碳 含量高 2 商场中的空气 变浑浊 用澄清石灰水测定各种气体样本的二氧化碳含量高低： 39 认识空气质量报告 三、关注空气质量 计入空气质量评价的主要污染物： SO2 NO2 O3 CO 可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5） →硫酸型酸雨 H2SO4 →硝酸型酸雨 HNO3 40 空气污染的防治 三、关注空气质量 1.植树造林 2.不烧散煤，改烧型煤 3.对工厂产生的废气处理后再排放 4.将煤进行脱硫处理,不产生二氧化硫 5.使用洁净能源。例如：太阳能、水能、潮汐能、电能、地热能、风能 ……… 41 课堂达标 （2023青岛中考） 1、空气是一种重要的资源，其中的各种成分具有广泛用途。下列气体可用于供给呼吸的是（ ） A. 氮气 B. 水蒸气 C. 氧气 D. 二氧化碳 C 42 课堂达标 （2024青岛中考） 2、下列关于空气及其成分的说法，不正确的是（ ） A. 通过分离液态空气可制得氧气和氮气 B. 干燥洁净的空气中氧气的质量分数为 21% C. 液氮汽化吸收大量的热，可作制冷剂 D. 稀有气体通电发出不同颜色的光，可制作电光源 B 43 课堂达标 （二）药理作用 3、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 4、坚持低碳生活、绿色发展，促进人与自然和谐共生，下列做法与这一理念不相符的是（　　） A．限制燃放烟花 B．发展燃煤发电 C．分类处理垃圾 D．倡导公交出行 C B 44 5、下图是“实验室测定空气中氧气含量”的实验装置图，下列说法错误的是（ ） A.若红磷不足，将导致测得氧气的含量小于五分之一 B.做该实验前，应检查装置的气密性 C.待装置冷却至室温后才能打开弹簧夹 D.可用木炭代替红磷进行实验 课堂达标 D 能力提升 知识点二：测定空气中氧气的含量 6、如图是测定空气中氧气含量的实验。对该实验的认识不正确的是（　　） A．要等到装置冷却至室温后再读数， 否则测定结果偏小 B．该实验中的铜粉换成铁粉无法达 到实验目的 C．将装置1中的气球更换为注射器 （见装置2），可使空气与铜粉接触更充分，数据更加准确 D．正确操作情况下，反应消耗氧气的体积应该是反应前注射器内气体和玻璃管内气体体积总和的1/5 B 46 必做题（A班、B班）：课本91页1、2、3题 选做题（A班）：收集即墨区近两个周的空气质量日报，以日期为横坐标，AQI指数为纵坐标，绘制空气质量变化趋势图，并尝试解释空气质量变化的原因。 家庭作业 Lavf57.14.100 Lavf58.20.100 Lavf55.34.100 $$