第2章第1节空气的组成导学案--2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

第1节 空气的组成 一、知识目标 1.能依据观察的实验现象初步推断空气的主要成分； 2.能从组成上对物质进行分类，识别纯净物和混合物； 3. 能体会科学家在探索空气成分过程中的智慧和方法。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过观察“捕获”空气、红磷燃烧等实验的宏观现象(如气体体积变化、生成白色固体等)，初步推断空气的主要成分；结合空气由多种物质混合而成的宏观特征，理解混合物中各成分保持自身性质的微观本质；从物质组成的宏观角度，区分纯净物(如氧气、氮气)与混合物(如空气)，建立物质组成的宏观描述与微观构成的关联认知。 2.证据推理与模型认知：基于实验中“红磷燃烧后集气瓶内水面上升约1/5”等现象，推理空气中氧气的体积占比；通过分析空气组成的模型(如各成分体积分数占比示意图)，理解混合物中各成分的共存关系；结合科学家探索空气成分的史实(如拉瓦锡的定量实验)，学习基于证据推导结论的逻辑方法，形成“现象→证据→结论”的推理模型。 3.科学态度与社会责任：参与设计“捕获”空气、探究空气成分的简易实验，体验“提出问题→设计方案→实验验证→分析结论”的探究过程；在区分纯净物与混合物时，尝试从生活中列举实例(如洁净的空气是混合物、蒸馏水是纯净物)，培养运用所学知识解决实际问题的能力；通过模仿科学家的探究思路，体会定量实验、对照实验等方法的价值，初步形成严谨的科学探究态度和创新设计实验的意识。 一、学习重点 1.能说出空气的主要成分及体积分数； 2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理、现象及结论； 3.了解混合物与纯净物的概念及实例判断。 二、学习难点 1.理解“测定空气中氧气含量”实验的设计逻辑及误差分析。 2.从宏观现象到微观解释的思维转化。 一、空气的组成 1.空气的存在证明 呼吸时，我们能吸入氧气，呼出二氧化碳，说明空气存在。 用一个塑料袋在教室中挥舞后扎紧，袋内会充满空气(填物质名称)。 2.测定空气中氧气的体积分数实验 课本中通过红磷燃烧实验测定氧气含量。 实验现象：燃烧产生大量白烟，冷却后打开止水夹，水进入集气瓶，约占瓶内空气体积的1/5(填分数)。 实验结论：氧气约占空气体积的21%。剩余气体主要是氮气，其性质有难溶于水(写一点)。 3.物质的分类 由多种物质混合而成的是混合物(填“混合物”或“纯净物”)，如空气、海水； 只由一种物质组成的是纯净物，如氧气、铁。 判断：“冰水混合物”属于纯净物(填类别)，因为只含H2O(填化学式)。 二、氮气和稀有气体 1.氮气是空气的主要成分之一，它的物理性质有无色、无味、难溶于水，化学性质稳定(填“稳定”或“活泼”)，因此常用作保护气。 2.稀有气体(如氦气、氖气)的化学性质很不活泼(填“很不活泼”或“较活泼”)，通电时会发出不同颜色的光，可用于制作霓虹灯。 一、新课导入 问题思考：同学们，请深呼吸一次——我们每时每刻都在吸入空气，但空气看不见、摸不着，你们能想到哪些方法证明空气的存在呢？空气中又含有哪些物质呢？ 答案：用塑料袋兜住空气会鼓起来；吹气球时气球变大，说明里面有空气；空气中有氧气，因为我们呼吸需要氧气。 二、空气的组成 活动一：空气“捕获”实验 问题思考：这个实验现象说明了什么？为什么加水能“捕获”空气？ 答案：说明空气确实存在；加水后左边集气瓶内压强增大，把空气压到了右边集气瓶。 归纳总结：检查装置气密性的方法：① ___________；② ___________；③ ___________。 答案：连接好仪器；用手握住容器；导管口有气泡冒出，松手后形成一段水柱，说明气密性良好。 活动二：空气中氧气体积分数的测定 问题思考1：为了准确测定空气中氧气体积分数，装置应满足什么要求？ 答案：密闭装置、气密性良好。 问题思考2：根据刚才设计实验的思路，结合红磷燃烧的产物状态，说说利用红磷测定空气中氧气含量的实验原理。 答案：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，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。 问题观察：实验中观察到了哪些现象？ 答案：①红磷燃烧，产生大量白烟，放出热量；②冷却后，打开弹簧夹，水倒吸入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。 问题探究：红磷在集气瓶中燃烧，消耗了什么气体？冷却后水为什么会进入集气瓶？ 答案：红磷燃烧消耗氧气，气压减小，水被压入瓶内。 问题讨论1：已知空气中氧气的体积分数约为五分之一、观察到的实验结果是否接近这个数值？若相差较大，分析产生误差的原因。 <1/5的原因： >1/5的原因： 答案： <1/5的原因： >1/5的原因： 红磷的量不足装置漏气 未等冷却到室温就打开止水夹 红磷点燃后没有迅速伸入集气瓶中红磷在集气瓶燃烧过程中，止水夹没有夹紧 问题讨论2：蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳和水。能否用蜡烛代替红磷进行相同实验，为什么？ 答案：不可以，蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳气体，反应后装置内压强几乎不变，无法形成压强差。 问题讨论3：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？ 答案：剩余气体约占空气总体积的4/5，不溶于水，不能燃烧也不支持燃烧。 活动三：物质的分类 问题讨论：根据实验可知，空气中含有氧气、氮气等物质。从物质组成的角度分析，空气和氮气、氧气之间有什么区别呢？ 答案：空气中有多种物质，氧气和氮气只有一种物质。 问题探究：判断下列常见的物质中，哪些属于纯净物？哪些属于混合物？ 干净的空气、五氧化二磷、氧化汞、澄清石灰水、冰水共存物、稀有气体、液氧、二氧化碳、河水 答案：纯净物：五氧化二磷、氧化汞、冰水共存物、液氧、二氧化碳；混合物：干净的空气、澄清石灰水、稀有气体、河水。 归纳总结：阅读教材P40，将下图中的数据或物质补充完整。 答案：空气中的成分按体积分数计算：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%。 典例： 1．按如图装置进行实验，下列现象能证明空气中含量的是    A．集气瓶中红磷燃烧，产生大量白烟 B．红磷燃烧一段时间后熄灭 C．冷却到室温，打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶 D．集气瓶中水面最终上升至1处 典例： 2．生活中常见的下列物质属于纯净物的是 A．洁净的空气 B．冰红茶 C．新鲜的牛奶 D．冰水混合物 三、氮气和稀有气体 活动一：认识氮气和稀有气体 归纳总结1：根据教材P40，总结氮气有哪些物理性质和化学性质？ 答案：物理性质：1. 无色、无味、难溶于水；2. 液氮的沸点低，在极低温条件下加压才能液化成无色液体(通常储存于黑色钢瓶中)。化学性质：化学性质稳定。 归纳总结2：根据教材P40，总结氮气有哪些用途？ 答案：①作保护气：灯泡中充氮气以延长使用寿命，食品袋中充氮气以防腐，焊接金属时的保护气；②提供低温环境：液氮炒酸奶，医疗上在液氮冷冻条件下做手术，超导磁悬浮列车；③制造硝酸和氮肥。 归纳总结3：阅读教材P41稀有气体部分，并结合生活经验总结稀有气体的性质和用途。 答案：稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)是无色、无味的气体，化学性质很不活泼，可以作保护气；稀有气体在通电时会发出不同颜色的光，可以作电光源；氦气因密度比空气小，可为气球充气；液氦熔沸点低，可以制造低温环境。 3．第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是 A．阿伏伽德罗 B．拉瓦锡 C．道尔顿 D．门捷列夫 4．空气成分中，在医疗麻醉和食品防腐等方面有着广泛用途的是 A．氮气 B．氧气 C．水蒸气 D．二氧化碳 5．空气是一种宝贵的自然资源。下列有关空气的说法中错误的是 A．洁净的空气仍然属于混合物 B．食品包装中充入氮气可以防腐 C．稀有气体可作焊接金属的保护气 D．空气中氮气的质量分数约为78% 6．下列物质属于混合物的是___________(填序号，下同)，属于纯净物的是___________。 ①氧气 ②水蒸气 ③红磷 ④纯净的空气 ⑤海水 ⑥冰水混合物 ⑦可口可乐 ⑧氢气 一、空气的组成 1.红磷燃烧实验 现象：产生大量白烟，冷却后水倒吸约占集气瓶容积的 1/5； 结论：氧气约占空气体积的 1/5。 误差分析： 结果<1/5：红磷量不足、装置漏气、未冷却至室温就打开止水夹。 结果>1/5：红磷点燃后未迅速伸入集气瓶、止水夹未夹紧。 2.体积分数 按体积计算：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%。 3.物质的分类 类别 定义 实例 混合物 由两种或两种以上物质混合而成 空气、海水、可口可乐 纯净物 只由一种物质组成，可用化学符号表示 氧气(O₂)、氮气(N₂)、冰水混合物(H₂O) 二、氮气和稀有气体 1.氮气 性质：无色无味、难溶于水；化学性质稳定(常温下)，高温高压催化剂条件下可与氢气反应生成氨气。 用途：作保护气(食品防腐、灯泡填充)、提供低温环境(液氮冷冻)、制氮肥和硝酸。 2.稀有气体 性质：无色无味、化学性质极不活泼；通电时发出不同颜色的光，氦气密度比空气小。 用途：作电光源(霓虹灯)、保护气(焊接金属)、氦气填充气球、液氦制造低温环境。 考点1 空气中氧气体积分数的测定 7．测定空气中氧气含量的创新实验如图，对该实验的认识错误的 A．红磷的量不会影响实验结果 B．实验过程中玻璃管内的液面先下降后升高 C．实验后玻璃管中剩余的气体难溶于水 D．燃烧匙可以伸入到液面与刻度1之间的位置 8．某小组的同学将过量的白磷放入试管中测定空气中氧气含量（如图），则下列说法不正确的是 A．取足量的白磷进行实验是为了减少误差 B．试管中的白磷可以换成硫粉 C．实验结束等装置冷却到室温后才能打开弹簧夹 D．该装置实验的优点是密闭容器中进行，测量结果更准确，污染小 (2024·河南平顶山·三模) 9．某化学兴趣小组用如图所示的装置进行“测定空气里氧气的含量”实验，请回答下列问题。 (1)待红磷燃烧结束，装置恢复到室温，打开弹簧夹，若集气瓶中水面最终上升的高度低于刻度1处，其可能的原因是_____________。 (2)不能用硫代替红磷进行实验，其理由是____________。 考点2 空气各成分及其体积分数 10．空气成分中，体积分数约占的气体是 A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．稀有气体 (2025·湖北武汉·模拟预测) 11．下列不属于空气成分的是 A．氮气 B．二氧化碳 C．稀有气体 D．氢气 考点3 纯净物和混合物 12．下列物质中属于纯净物的一组是 ①冰水混合物    ②洁净的空气    ③臭氧    ④汽水 A．①③ B．②④ C．①② D．③④ (24-25八年级下·北京·期末) 13．下列物质中，属于纯净物的是 A．空气 B．二氧化碳 C．海水 D．矿泉水 考点4 氮气和稀有气体 (2025·重庆·中考真题) 14．氮气常用作文物保护气，主要是利用了氮气 A．性质稳定 B．难溶于水 C．无色无味 D．沸点低 (2025·湖南长沙·二模) 15．空气是一种宝贵的资源，空气中的各种成分广泛用于工农业、医疗和科研等领域。其中在通电时能发出不同颜色的光，常用于航标灯、霓虹灯的是 A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳 (2025·宁夏银川·三模) 16．空气的成分中，能制作硝酸和氮肥的是 A．稀有气体 B．氧气 C．氮气 D．二氧化碳 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第1节 空气的组成（导学案）》参考答案： 1．D 【详解】A、红磷燃烧集气瓶中产生大量白烟，生成五氧化二磷。说明五氧化二磷是白色固体。A不符合题意； B、红磷燃烧一段时间后熄灭，说明空气中氧气耗尽。B不符合题意； C、待冷却到室温后，打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸进入集气瓶。说明瓶内压强减小。C不符合题意； D、集气瓶中水面最终上升至1处，说明空气中氧气体积约占五分之一，能证明空气中O2含量。D符合题意。 综上所述：选择D。 2．D 【详解】A、洁净的空气中含有氮气、氧气等物质，属于混合物，故选项不符合题意； B、冰红茶中含有水、茶碱等物质，属于混合物，故选项不符合题意； C、新鲜的牛奶中含有水、蛋白质等物质，属于混合物，故选项不符合题意； D、冰水混合物中含有一种物质水，属于纯净物，故选项符合题意； 故选：D。 3．B 【详解】A、阿伏伽德罗以提出“分子假说”（即阿伏伽德罗定律）闻名，该定律指出相同条件下，相同体积的气体含有相同数目的分子。但他没有研究空气的具体成分，也没有涉及氧气和氮气的组成。因此，A选项错误。 B、拉瓦锡是法国化学家，被称为“现代化学之父”。他通过定量实验（如将汞在密闭容器中加热，生成氧化汞，然后分解），证明了空气由支持燃烧的气体（氧气）和不支持燃烧的气体（氮气）组成。他首次明确提出空气主要由氧气和氮气构成，并推翻了燃素说。这一发现是初中化学中空气组成的基础知识点。因此，B选项正确。 C、道尔顿提出了原子论，解释了物质由原子组成，并研究了气体分压定律。但他没有专门研究空气的组成，也没有首次明确提出氧气和氮气是空气的主要成分。因此，C选项错误。 D、门捷列夫以编制元素周期表闻名，他组织和预测了元素的周期性规律。但他的工作集中在元素分类，而非空气组成。因此，D选项错误。 故选B。 4．A 【详解】氮气化学性质不活泼，食品包装时充氮气以防腐；医疗上可用液氮冷冻麻醉等； 故选：A。 5．D 【详解】A、洁净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，属于混合物。不符合题意； B、氮气化学性质稳定且无毒，食品包装中充入氮气可以防腐。不符合题意； C、稀有气体化学性质稳定。很难和其他物质反应，可作焊接金属的保护气。不符合题意； D、空气中氮气的体积分数约为78%，不是质量分数。符合题意； 故选D。 6． ④⑤⑦ ①②③⑥⑧ 【详解】混合物是由两种或多种物质混合而成的物质，④纯净的空气（含氮气、氧气等）、⑤海水（有水、盐等）、⑦可口可乐（有水、二氧化碳等）属于混合物；纯净物是由一种物质组成的，①氧气、②水蒸气、③红磷、⑥冰水混合物（只有水一种物质）、⑧氢气都属于纯净物。 7．AD 【详解】A.红磷量不足，装置内的氧气没有被完全耗尽，会导致测定氧气的体积分数偏小，故A错误； B.红磷燃烧放出大量的热，玻璃管内压强增大，将水排出，玻璃管内液面下降。等到温度降至室温，因为玻璃管中氧气被消耗，气体减少，压强下降，外界气压将水压入玻璃管中，玻璃管内液面上升，故B正确； C.反应结束后，玻璃管内液面到达刻度1处，不再上升，说明玻璃管内剩余气体难溶于水，故C正确； D.燃烧匙不能伸入到液面与刻度1之间的位置，应该在刻度1上方，故D错误； 综上，答案应为AD。 8．B 【详解】A、取足量的白磷进行实验是为了耗尽装置中的氧气，减少误差，故选项说法正确； B、硫在空气中燃烧生成二氧化硫气体，瓶内气压不变，不能形成压强差，所以不能用硫粉代替红磷进行该实验，故选项说法错误； C、实验结束需等到装置冷却到室温后再读数，否则剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，使测定结果偏小，故选项说法正确； D、该装置实验的优点是密闭容器中进行测量，无需打开瓶塞点燃白磷，避免瓶内空气外逸而造成实验误差，结果更准确；同时防止生成的五氧化二磷逸散到空气中，污染小，故选项说法正确。 故选：B。 9．(1)红磷的量不足（合理即可） (2)硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差（合理即可） 【详解】（1）实验中集气瓶中水面最终上升的高度低于刻度1处，其可能的原因是红磷的量不足，不能将氧气完全耗尽，也可能是装置漏气，在冷却至室温的过程中，外界空气进入，占据了一定的体积，也可能是未冷却至室温，就打开弹簧夹，气体受热膨胀，占据了一定的体积，故填：红磷的量不足或装置漏气（合理即可）； （2）不能用硫代替红磷进行实验，其原因是硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差，导致进入集气瓶内水的体积偏小，故填：硫燃烧会生成二氧化硫气体，不能使集气瓶内外形成压强差（合理即可）。 10．A 【详解】A、氧气在空气中的体积分数约为21%，它是维持生命活动和支持燃烧所必需的气体，该选项正确； B、氮气在空气中的体积分数约为78%，是空气中含量最多的气体，该选项错误； C、二氧化碳在空气中的体积分数约为0.03%，该选项错误； D、稀有气体在空气中的体积分数约为0.94%，该选项错误。 故选A。 11．D 【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%、其他气体和杂质0.03%。氢气不是空气成分。 故选D。 12．A 【详解】①冰水混合物：冰和水都是水的不同状态（固态和液态），属于同一种物质，因此是纯净物； ②洁净的空气：空气由氮气、氧气、二氧化碳等多种气体组成，即使“洁净”也改变不了其混合物的本质，因此是混合物； ③臭氧：是由一种物质组成的，因此是纯净物； ④汽水：汽水含有水、二氧化碳等多种物质，因此是混合物。 故属于纯净物的使①和③。 故选A。 13．B 【详解】A、空气中含有氧气和氮气等，属于混合物，该选项不符合题意； B、二氧化碳中只含一种物质，属于纯净物，该选项符合题意； C、海水中含有多种物质，属于混合物，该选项不符合题意； D、矿泉水中含有多种物质，属于混合物，该选项不符合题意。 故选B。 14．A 【详解】A、氮气的化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，能有效隔绝氧气和水分，防止文物氧化或腐蚀，说法正确； B、难溶于水与保护文物的主要需求无关，因文物保存环境通常不涉及大量水，说法错误； C、无色无味是物理性质，但并非保护文物的关键因素，稳定性更重要，说法错误； D、沸点低与氮气作为气态保护气的用途无直接关联，说法错误。 故选A。 15．C 【详解】 稀有气体（如氖、氩等）在通电时会发出不同颜色的光，常用于航标灯、霓虹灯。 故选C。 16．C 【详解】空气中的氮气含有氮元素，能制作硝酸和氮肥，故选：C。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $