2.1我们周围的空气第1课时空气的成分讲义--2026-2027学年九年级化学人教版上册

本讲义聚焦初中化学第二单元课题1“空气的成分”核心知识点，系统梳理空气主要成分及体积分数、纯净物与混合物概念，通过测定空气中氧气含量实验串联原理、步骤与误差分析，衔接空气的污染与防治，构建从基础认知到实验探究再到实际应用的学习支架。 该资料以核心素养为导向，通过“氮七八、氧二一”等记忆口诀强化化学观念，结合实验误差分析培养科学思维，设计分层作业与拓展阅读兼顾差异。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过易错点提醒和例题精讲查漏补缺，提升科学探究与实践能力。

人教版九年级化学上册（2024版） · 第二单元 · 课题1 我们周围的空气（第1课时） C H E M I S T R Y L E S S O N 7 空气的成分 空气组成与氧气含量测定 课题名称：第二单元课题1《我们周围的空气》第 1 课时 适用年级：九年级（初三） 学习提示 1. 本课时为空气成分探究课，需重点掌握空气的成分及各成分的体积分数。 2. 空气成分口诀：氮七八、氧二一、稀有 0.94%、二氧化碳 0.03%（按体积分数）。 3. 测定空气中氧气含量实验口诀：红磷燃烧耗氧气、冷却打开水进入、进入约五分之一、说明氧气占五分之一。 4. 本课时开始引入化学式（如 N₂、O₂、CO₂、P₂O₅），需注意元素符号首字母大写、下标表示原子个数。 5. 实验时务必注意安全，红磷燃烧产生大量白烟，需在通风条件下进行。 教学目标（核心素养导向） 【核心素养目标】依据《义务教育化学课程标准（2022 年版）》的要求，本课时围绕化学学科四大核心素养设计教学目标，引导学生在空气成分探究中形成化学观念、发展科学思维、经历科学探究与实践、涵养科学态度与责任。 1. 化学观念：能说出空气的主要成分（氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等）及其体积分数（氮气约 78%、氧气约 21%、稀有气体约 0.94%、二氧化碳约 0.03%）；初步认识纯净物与混合物的概念，能判断常见物质属于纯净物还是混合物。 2. 科学思维：通过测定空气中氧气含量的实验，体会“测定气体含量”的实验设计思想——选择只与氧气反应且生成物的状态便于观察的药品，发展从现象推理本质的科学思维。 3. 科学探究与实践：能描述测定空气中氧气含量实验的步骤、现象与结论；能分析实验误差来源（红磷不足、装置漏气、未冷却到室温等），初步形成实验误差分析的能力。 4. 科学态度与责任：感受空气是宝贵的自然资源，认识空气污染的危害，树立保护空气、关爱环境的责任意识；在实验中关注安全操作，养成严谨求实的科学态度。 教学重难点 【教学重点】1. 空气的主要成分及各成分的体积分数。 2. 测定空气中氧气含量实验的原理、步骤、现象与结论。 【教学难点】1. 测定空气中氧气含量实验的误差分析（红磷不足、装置漏气、未冷却到室温等）。 2. 纯净物与混合物的概念辨析及常见物质分类。 一、情境导入 【生活情境】同学们，我们每时每刻都在呼吸空气，但你对空气了解多少呢？空气是无色无味的气体，看不见、摸不着，但它却是由多种气体组成的混合物。早在 18 世纪，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯特里先后通过实验发现了空气中含有氧气；后来法国化学家拉瓦锡通过著名的“汞氧化还原实验”首次测定了空气的组成，得出空气由氧气和氮气组成，氧气约占空气体积的五分之一，氮气约占五分之四的结论。 【思考与讨论】空气究竟由哪些气体组成？各成分的含量是多少？如何测定空气中氧气的含量？本节课我们将通过实验探究这些问题，认识空气的成分。 二、空气的成分 2.1 空气的组成 【空气成分 2.1】空气是由多种气体组成的混合物，各成分按体积分数计算如下。空气中各成分的含量一般是相对稳定的，但不是绝对固定不变的，会随时间和地点的不同而略有变化。 成分 体积分数 主要性质 用途 氮气（N₂） 约 78% 无色无味、化学性质不活泼 制氮肥、作保护气、食品防腐 氧气（O₂） 约 21% 无色无味、支持燃烧、供给呼吸 医疗急救、潜水、登山、宇航 稀有气体 约 0.94% 无色无味、化学性质极不活泼（稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡等气体的总称，属于混合物） 作保护气、电光源（霓虹灯） 二氧化碳（CO₂） 约 0.03% 无色无味、不支持燃烧、能使石灰水变浑浊 灭火、光合作用原料、制纯碱 其他气体和杂质 约 0.03% 水蒸气、灰尘等（非污染物，是空气的微量成分） — 【记忆口诀 2.1】空气成分体积分数口诀：氮七八、氧二一、稀有 0.94%、二氧化碳 0.03%。其中氮气和氧气是空气的主要成分，二者体积比约为 4:1。 2.2 纯净物与混合物 【概念 2.2】纯净物是由一种物质组成的，有固定的组成和性质，可用一个化学式表示，如氧气（O₂）、氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）、水（H₂O）等。混合物是由两种或两种以上物质混合而成的，各物质保持各自的性质，没有固定的组成，如空气、海水、矿泉水、合金等。 【判断方法 2.2】判断纯净物与混合物的方法：看物质是否由一种物质组成。若由一种物质组成，是纯净物；若由两种或两种以上物质混合而成，是混合物。注意：洁净透明不等于纯净，如洁净的空气是混合物，矿泉水也是混合物。 类别 定义 特征 实例 纯净物 由一种物质组成 有固定组成和性质，可用一个化学式表示 氧气（O₂）、氮气（N₂）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂） 混合物 由两种或两种以上物质混合而成 无固定组成，各物质保持各自性质 空气、海水、矿泉水、合金、糖水 三、测定空气中氧气含量实验 3.1 实验原理 【实验原理 3.1】利用红磷在空气中燃烧消耗集气瓶内的氧气，生成五氧化二磷（P₂O₅）固体，使瓶内气体减少、压强减小。冷却到室温后打开止水夹，在外界大气压的作用下，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，进入水的体积即为消耗氧气的体积，从而测定空气中氧气的含量。 【药品选择 3.1】选择红磷的原因：①红磷燃烧只消耗氧气，不与氮气等其他气体反应；②生成物五氧化二磷是固体，不会占据瓶内气体体积；③红磷容易点燃，反应现象明显。不能用木炭、硫磺代替红磷，因为木炭燃烧生成二氧化碳气体、硫磺燃烧生成二氧化硫气体，生成物是气体，会占据瓶内体积，影响测定结果。 3.2 实验步骤与现象 【实验步骤 3.2】测定空气中氧气含量的实验步骤如下： ① 在集气瓶中装入少量水，并将集气瓶容积标记为五等份（用于观察进入水的体积）。 ② 用弹簧夹夹紧乳胶管，检查装置气密性。 ③ 点燃红磷，迅速伸入集气瓶中，塞紧橡胶塞。 ④ 观察红磷燃烧的现象及冷却后水进入集气瓶的情况。 ⑤ 冷却到室温后，打开弹簧夹，观察水进入集气瓶的体积。 【实验现象 3.2】①红磷在空气中燃烧，产生大量白烟（注意：是白烟不是白雾，白烟是五氧化二磷固体小颗粒）；②冷却到室温后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约等于集气瓶容积的五分之一。 【实验结论 3.2】①红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，生成五氧化二磷固体；②水进入集气瓶约五分之一，说明空气中氧气约占空气体积的五分之一（即约 21%）；③剩余气体主要是氮气（约占空气体积的五分之四），还含有少量稀有气体、二氧化碳等。 3.3 实验误差分析 【误差分析 3.3】测定空气中氧气含量实验中，可能出现以下误差： 误差现象 原因分析 结论 进入水的体积小于五分之一 红磷量不足，氧气未完全消耗 测定结果偏小 进入水的体积小于五分之一 装置漏气，外界空气进入 测定结果偏小 进入水的体积小于五分之一 未冷却到室温就打开止水夹 测定结果偏小 进入水的体积大于五分之一 红磷燃烧时塞子未塞紧，气体溢出 测定结果偏大 四、空气的污染与防治 【空气污染源 4.1】随着工业发展和人口增长，空气污染日益严重。空气污染物主要来源于：①化石燃料燃烧（煤、石油、天然气）产生的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等；②工业废气（工厂排放的烟尘、粉尘等）；③汽车尾气（一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等）；④扬尘、沙尘暴等。 【空气污染危害 4.2】空气污染的危害：①危害人体健康，引起呼吸道疾病；②形成酸雨，腐蚀建筑物、破坏森林、酸化土壤；③加剧温室效应，导致全球气候变暖；④破坏臭氧层，使紫外线到达地面增多；⑤形成雾霾，影响交通和能见度。 【空气污染防治 4.3】保护空气的措施：①减少化石燃料的使用，开发清洁能源（太阳能、风能、水能等）；②工厂废气处理后排放，安装脱硫脱硝装置；③推广新能源汽车，减少汽车尾气排放；④植树造林，增加绿化面积；⑤加强空气质量监测，制定环保法规。 五、易错点提醒 初学阶段常在以下三处出错，需重点掌握。 易错点 1：空气成分按体积分数而非质量分数 空气各成分的含量是按体积分数计算的，不是按质量分数。氮气约占 78%（体积分数），氧气约占 21%（体积分数）。若按质量分数计算，氧气约占 23%，氮气约占 75%，二者数值不同，需区分记忆。 易错点 2：红磷燃烧产生的是白烟而非白雾 红磷燃烧生成五氧化二磷固体小颗粒，悬浮在空气中形成“白烟”（固体小颗粒）；而“白雾”是液态小液滴悬浮在空气中（如水蒸气液化形成的水雾）。二者本质不同，描述时需准确区分。 易错点 3：不能用木炭、硫磺代替红磷 测定空气中氧气含量实验中，不能用木炭、硫磺代替红磷。原因：木炭燃烧生成二氧化碳气体、硫磺燃烧生成二氧化硫气体，生成物是气体，会占据瓶内气体体积，导致进入水的体积不能准确反映氧气的体积。而红磷燃烧生成五氧化二磷固体，不占据气体体积，测定结果准确。 六、例题精讲 下列 3 道例题，难度递进，请跟随解题思路，掌握空气成分及氧气含量测定的相关知识。 例 1（基础题） 【题目】空气中体积分数最大的气体是（ ）。 A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 【分析】 第一步：回忆空气各成分的体积分数。氮气约 78%、氧气约 21%、稀有气体约 0.94%、二氧化碳约 0.03%。 第二步：比较各成分体积分数，氮气 78% 最大，氧气 21% 次之，稀有气体和二氧化碳都很小。 【解答】 空气中体积分数最大的气体是B. 氮气。氮气约占空气体积的 78%，是空气中含量最多的气体。 【反思】 本题考查空气成分的体积分数。需牢记“氮七八、氧二一”的口诀，氮气是空气中含量最多的气体，约占 78%。 例 2（中档题） 【题目】测定空气中氧气含量的实验中，为什么选用红磷而不用木炭？请说明理由。 【分析】 第一步：分析红磷燃烧的生成物。红磷燃烧生成五氧化二磷（P₂O₅），是固体，不占据瓶内气体体积。 第二步：分析木炭燃烧的生成物。木炭燃烧生成二氧化碳（CO₂），是气体，会占据瓶内气体体积。 第三步：比较两者对实验结果的影响。红磷燃烧后瓶内气体减少的体积等于消耗氧气的体积，测定结果准确；木炭燃烧后生成的二氧化碳占据部分体积，导致瓶内气体减少的体积小于消耗氧气的体积，测定结果偏小。 【解答】 选用红磷而不用木炭的原因：红磷燃烧生成五氧化二磷固体，不占据瓶内气体体积，能准确测定氧气含量；木炭燃烧生成二氧化碳气体，会占据瓶内气体体积，导致进入水的体积偏小，测定结果不准确。因此，测定空气中氧气含量必须选用红磷（或白磷），不能用木炭、硫磺等生成气体的药品。 【反思】 本题考查测定空气中氧气含量实验的药品选择。选择药品的关键是：①只与氧气反应，不与氮气等其他气体反应；②生成物是固体，不占据瓶内气体体积。符合这两个条件的药品有红磷、白磷等。 例 3（拓展题） 【题目】某同学做测定空气中氧气含量的实验，发现进入集气瓶的水的体积小于五分之一，请分析可能的原因（至少说出三种）。 【分析】 第一步：理解实验原理。红磷燃烧消耗氧气，瓶内压强减小，水进入集气瓶，进入水的体积应等于消耗氧气的体积，即约五分之一。 第二步：分析进入水体积偏小的原因。可能是氧气没有完全消耗，或者瓶内压强没有充分减小。 第三步：列举可能原因。①红磷量不足，氧气没有完全消耗；②装置漏气，外界空气进入瓶内；③未冷却到室温就打开止水夹，瓶内气体温度高、压强大，水进入少。 【解答】 进入集气瓶的水的体积小于五分之一，可能的原因有： ①红磷量不足，氧气没有完全消耗，导致瓶内压强减小不够，水进入偏少； ②装置漏气，红磷燃烧时外界空气进入瓶内，导致瓶内压强减小不够，水进入偏少； ③未冷却到室温就打开止水夹，瓶内气体温度高、压强大，水进入偏少。 【反思】 本题考查实验误差分析。误差分析是化学实验的重要能力，需从药品、装置、操作三个方面分析可能的原因。本题中，红磷量不足、装置漏气、未冷却到室温是导致测定结果偏小的三个常见原因。 七、课堂练习 下列 5 道课堂练习题，覆盖空气成分、纯净物与混合物、氧气含量测定三类，请独立完成。难度用星级标注（★基础，★★中档，★★★拓展）。答案与解析见第十节。 练习 1（★ 基础题 · 空气成分） 下列气体中，约占空气体积 21% 的是（ ）。 A. 氮气 B. 氧气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体 练习 2（★ 基础题 · 纯净物与混合物） 下列物质中，属于纯净物的是（ ）。 A. 空气 B. 矿泉水 C. 氧气 D. 海水 练习 3（★★ 中档题 · 实验现象） 测定空气中氧气含量的实验中，红磷燃烧的现象是（ ）。 A. 产生大量白雾 B. 产生大量白烟 C. 产生大量黑烟 D. 产生大量水雾 练习 4（★★ 中档题 · 实验误差） 判断下列说法是否正确，并简要说明理由： “测定空气中氧气含量实验中，可以用木炭代替红磷，因为木炭也能燃烧。” 练习 5（★★★ 拓展题 · 综合判断） 下列关于空气的说法中，正确的是（ ）（多选）。 A. 空气中氮气约占 78% B. 空气中氧气约占 21% C. 空气是纯净物 D. 空气中稀有气体约占 0.94% 八、课后作业 课后作业分 A、B、C 三层，请根据学习情况选择完成。A 层全员必做，B 层选做，C 层拓展。 A 层（全员必做 · 基础概念默写） 1. 默写空气的主要成分及体积分数。 2. 简述测定空气中氧气含量实验的原理、现象与结论。 B 层（选做 · 实验分析） 某同学做测定空气中氧气含量的实验，发现进入集气瓶的水的体积大于五分之一，请分析可能的原因。 C 层（拓展 · 实验设计） 请设计一个实验方案，测定空气中氧气的含量。要求写出：实验药品、实验步骤、预期现象、结论判断方法。参考方案与评分标准见第十节答案。 九、拓展阅读 空气的发现史与保护 空气是人类赖以生存的物质，但人类认识空气的过程却经历了漫长的岁月。早在 18 世纪，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯特里先后通过实验发现了氧气，但两人都受“燃素说”的束缚，未能正确认识氧气的本质。1774 年，法国化学家拉瓦锡在前人实验的基础上，通过著名的“汞氧化还原实验”首次测定了空气的组成，得出空气由氧气和氮气组成、氧气约占空气体积五分之一的结论，推翻了“燃素说”，建立了燃烧的氧化理论，奠定了近代化学的基础。 空气是宝贵的自然资源，但随着工业发展和人口增长，空气污染日益严重。空气污染物主要来源于化石燃料燃烧、工业废气、汽车尾气等，危害人体健康、形成酸雨、加剧温室效应、破坏臭氧层。保护空气，人人有责。我们要减少化石燃料的使用，开发清洁能源；工厂废气处理后排放；推广新能源汽车；植树造林，增加绿化面积。 【中国古代对空气的认识】我国古代对空气的认识也有悠久历史。明代科学家宋应星在《天工开物》中记载了煤炭的开采和使用，注意到煤炭燃烧会产生烟气；古代劳动人民在冶炼金属时，掌握了鼓风增氧的技术，提高了冶炼效率。这些成就展现了中华民族的智慧，也为现代空气研究提供了启示。 【阅读思考】请结合上述阅读内容，思考并回答以下问题： 1. 简述拉瓦锡测定空气组成的实验及其意义。 2. 请查阅资料，列举一种空气污染的危害，并说明其化学原理。 十、答案与解析 课堂练习答案 练习 1 答案 答案：B。解析：空气中氮气约占 78%、氧气约占 21%、稀有气体约占 0.94%、二氧化碳约占 0.03%。约占 21% 的是氧气，故选 B。 练习 2 答案 答案：C。解析：A 空气是由氮气、氧气等多种气体组成的混合物；B 矿泉水含有水、矿物质等，是混合物；C 氧气由一种物质组成，是纯净物；D 海水含有水、氯化钠等，是混合物。故选 C。 练习 3 答案 答案：B。解析：红磷燃烧生成五氧化二磷固体小颗粒，悬浮在空气中形成“白烟”（固体小颗粒）。“白雾”是液态小液滴（如水蒸气液化形成的水雾），“黑烟”是含碳物质不完全燃烧产生的（如木柴燃烧）。红磷燃烧产生的是白烟，故选 B。 练习 4 答案 答案：错误。解析：测定空气中氧气含量实验中，不能用木炭代替红磷。原因：木炭燃烧生成二氧化碳气体，会占据瓶内气体体积，导致进入水的体积偏小，测定结果不准确。而红磷燃烧生成五氧化二磷固体，不占据瓶内气体体积，测定结果准确。因此，必须选用红磷（或白磷），不能用木炭、硫磺等生成气体的药品。 练习 5 答案 答案：A、B、D。解析：A 空气中氮气约占 78%，正确；B 空气中氧气约占 21%，正确；C 空气是由氮气、氧气等多种气体组成的混合物，不是纯净物，错误；D 空气中稀有气体约占 0.94%，正确。故选 A、B、D。 课后作业 A 层答案 1. 空气的主要成分及体积分数：氮气（N₂）约 78%、氧气（O₂）约 21%、稀有气体约 0.94%、二氧化碳（CO₂）约 0.03%、其他气体和杂质约 0.03%。 2. 测定空气中氧气含量实验：原理：红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，生成五氧化二磷固体，瓶内压强减小，水进入集气瓶。现象：红磷燃烧产生大量白烟；冷却后打开止水夹，水进入集气瓶约五分之一。结论：空气中氧气约占空气体积的五分之一（约 21%），剩余气体主要是氮气（约占五分之四），还含有少量稀有气体、二氧化碳等。 课后作业 B 层答案 答案：进入集气瓶的水的体积大于五分之一，可能的原因有：红磷燃烧时，橡胶塞塞入过慢（或未塞紧），导致瓶内受热膨胀的空气逸出，冷却后气压减小过多，水进入偏多。 课后作业 C 层答案（参考方案与评分标准） 实验药品：红磷（足量）、水。 实验步骤：①在集气瓶中装入少量水，将集气瓶容积标记为五等份；②用弹簧夹夹紧乳胶管，检查装置气密性；③点燃红磷，迅速伸入集气瓶中，塞紧橡胶塞；④观察红磷燃烧的现象；⑤冷却到室温后，打开弹簧夹，观察水进入集气瓶的体积。 预期现象：红磷燃烧产生大量白烟；冷却后打开止水夹，水沿导管进入集气瓶，进入水的体积约等于集气瓶容积的五分之一。 结论判断：进入水的体积约五分之一，说明空气中氧气约占空气体积的五分之一（约 21%）。 评分标准（满分 10 分）：①实验药品选择合理（2 分）——需选用红磷（或白磷），不能用木炭、硫磺；②实验步骤完整有序（3 分）——需包含标记容积、检查气密性、点燃红磷、观察现象、冷却读数五个环节；③预期现象描述准确（3 分）——需描述红磷燃烧产生白烟、水进入约五分之一；④结论判断方法正确（2 分）——需根据进入水的体积得出氧气含量。 十一、自我反思 本课时讲义完成后，以化学教研组长的身份对其进行了审视。整体结构完整，覆盖了教学目标、教学重难点、情境导入、空气成分、纯净物与混合物、测定空气中氧气含量实验、空气污染与防治、易错点提醒、例题精讲、课堂练习、课后作业、拓展阅读、答案与解析、自我反思十四个部分，符合九年级化学第二单元的教学要求。下面指出 3 处可改进点并主动修订。 审视点 1：空气成分表格可增加用途实例 问题：现有空气成分表格列出了各成分的性质和用途，但用途部分较为简略，缺少具体的生活实例，可能影响学生对各成分用途的理解。 修订建议：在空气成分表格的用途栏增加具体实例。例如：氮气用途增加“食品包装充氮防腐、灯泡充氮保护”；氧气用途增加“医疗急救、潜水、登山”；稀有气体用途增加“霓虹灯（氖气）、氦气气球”。通过具体实例，帮助学生理解各成分的实际应用。 审视点 2：测定氧气含量实验可增加图示说明 问题：现有测定空气中氧气含量实验只列出了文字步骤，缺少图示说明。学生可能对实验装置和操作步骤缺乏直观认识，影响理解。 修订建议：在实验步骤部分增加实验装置图和操作示意图。例如：集气瓶标记五等份的图示、红磷燃烧的装置图、水进入集气瓶的图示。通过图示与文字结合，帮助学生直观理解实验原理和步骤。 审视点 3：拓展阅读可增加现代空气质量监测实例 问题：现有拓展阅读介绍了空气的发现史与保护和中国古代对空气的认识，但缺少现代空气质量监测的实例，如 PM2.5 监测、空气质量指数（AQI）等，可能影响学生对现代空气保护的认识。 修订建议：在拓展阅读中增加 1-2 个现代空气质量监测实例。例如：“现代城市通过 PM2.5 和 PM10 监测空气质量，PM2.5 是指空气中直径小于等于 2.5 微米的颗粒物，能深入肺部，危害人体健康；空气质量指数（AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数，AQI 越大，污染越严重。”这样的实例能让学生感受现代空气保护的科技含量，激发学习兴趣。 教研组长总结 本课时讲义整体结构完整，覆盖了教学目标、教学重难点、情境导入、空气成分、纯净物与混合物、测定空气中氧气含量实验、空气污染与防治、易错点提醒、例题精讲、课堂练习、课后作业、拓展阅读、答案与解析、自我反思十四个部分，符合九年级化学第二单元的教学要求。 讲义严格遵循人教版 2024 版教材的术语规范与《义务教育化学课程标准（2022 年版）》的核心素养要求，教学目标以四大核心素养为导向；重点突出了空气成分体积分数（氮七八、氧二一）与测定空气中氧气含量实验的原理、步骤、现象、结论；引入了化学式表示（N₂、O₂、CO₂、P₂O₅），符合第二单元的教学定位；易错点提醒聚焦体积分数与质量分数、白烟与白雾、红磷与木炭三个常见误区；未引入超纲内容，所有物质均用中文名称与化学式结合指代。 建议在后续使用中，根据学生的实际反馈，对空气成分的用途实例、测定氧气含量实验的图示说明、拓展阅读的现代空气质量监测实例进行持续优化，使讲义更加贴近学生的学习需求。 学科网（北京）股份有限公司 $