4.1 空气的组成（知识清单）化学新教材鲁教版九年级上册

该初中化学知识清单系统梳理了“我们周围的空气”单元中空气组成、氧气含量测定、空气资源利用及空气质量保护的知识体系。从空气的组成体系（体积分数、拉瓦锡实验）出发，通过铜粉和红磷实验定量测定氧气含量，进而学习分离液态空气法及各成分用途，最后联系空气质量评价与污染防治，形成完整学习支架。 知识链路按组成-测定-利用-环保逻辑清晰呈现，实验方案对比表格、记忆口诀等方法助理解。通过误差分析培养科学思维，实验操作细节体现科学探究与实践，环保内容渗透科学态度与责任，配套习题强化易混点，适合课堂教学与学生自主学习。

第四单元 我们周围的空气 第一节 空气的组成 一、空气的组成体系 1. 基本特征 空气是典型的气态混合物，各组分均匀分散、保持各自原有的化学性质，，是初中化学研究混合物分离、定量分析的经典体系。 2. 各成分的体积分数 组分 化学式 体积占比 基本定位 氮气 N₂ 约 78% 空气的主体组分，化学性质稳定 氧气 O₂ 约 21% 维持生命与支持燃烧的主要组分 稀有气体（以氩为主） Ar、He、Ne 等 0.934% 性质极稳定的惰性组分 二氧化碳 CO₂ 0.038% 碳氧循环的关键 水蒸气及其他杂质 — 0.002% 含量随环境小幅波动 口诀：氮七八，氧二一，稀气点九四；碳点零三八，杂质零点零二，体积记准确，质量莫混淆。 3. 拉瓦锡经典实验 (1)研究思路：利用汞与氧气的化合反应消耗氧气，再通过氧化汞分解释放氧气，两步反应定量验证空气的组成。 (2)关键结论：首次通过实验证明空气是混合物，而非单一物质；其中氧气约占总体积的 1/5，剩余气体既不能燃烧也不支持燃烧。 (3)历史意义：推翻了统治化学界百年的 “燃素学说”，开启了近代化学定量研究的时代。 二、空气中氧气体积分数的测定 1.测定实验 空气中氧气含量测定是初中化学首个定量气体实验，两个经典方案通过 “密闭耗氧 + 固体产物 + 压强差” 的共同思路，验证空气组成。 铜粉测定空气中氧气含量 红磷燃测定空气中氧气含量 符号表达式 Cu + O₂ CuO P + O₂ P₂O₅ 实验装置 硬质玻璃管、两个注射器、小气球、酒精灯、铁架台、足量铜粉 集气瓶、燃烧匙、带导管橡胶塞、弹簧夹、烧杯、水、足量红磷 操作步骤 ① 检查装置气密性，装入足量铜粉，两侧连接注射器与小气球 ② 用酒精灯加热铜粉部位，反复、缓慢交替推动两侧注射器活塞 ③ 停止加热，待装置完全冷却至室温，将气体集中到一侧注射器，读取体积 ① 检查装置气密性，集气瓶内加少量水，将水面上方空气分为 5 等份并标记 ② 夹紧弹簧夹，点燃红磷后迅速伸入集气瓶，立即塞紧橡胶塞 ③ 红磷熄灭后，待装置完全冷却至室温，打开弹簧夹观察现象 实验现象 ① 红色铜粉逐渐变为黑色固体 ② 冷却后读取气体总体积，减少量约占原空气体积的 1/5 ① 红磷剧烈燃烧，产生大量白烟，放出大量热 ② 冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸入集气瓶，进入水的体积约占原空气体积的 1/5 实验结论 氧气约占空气总体积的 1/5 ① 氧气约占空气总体积的 1/5 ② 剩余气体（主要为氮气）难溶于水，不能燃烧，也不支持燃烧 操作解析 ① 反复推拉活塞：使装置内空气流动，氧气与铜粉充分接触，确保氧气完全反应 ② 小气球作用：平衡装置内外气压，防止加热时气体膨胀顶开橡胶塞；容纳气体，保障空气循环流动 ③ 铜粉足量：确保装置内氧气被完全消耗 ① 集气瓶底预先加水：吸收有毒的五氧化二磷，防止污染空气；降温吸热，防止高温熔融物溅落炸裂瓶底 ② 迅速伸入塞紧：防止瓶内空气受热逸出，导致测定结果偏大 ③ 红磷足量：确保集气瓶内氧气被完全消耗 误差分析 （结果偏小） ① 铜粉量不足，氧气未完全消耗 ② 装置气密性不好，外界空气进入 ③ 未冷却至室温就读数，气体受热膨胀 ④ 加热时间不足，反应不充分 ① 红磷量不足，氧气未耗尽 ② 装置漏气，外界空气进入 ③ 未冷却至室温就打开弹簧夹 ④ 导管内未预先装满水 误差分析 （结果偏大） ① 加热时推拉活塞速度太快，装置内空气受热向外逸出 ② 读数时气球内残留气体未全部挤入注射器 ① 点燃红磷伸入集气瓶太慢，瓶内受热空气逸出 ② 弹簧夹未夹紧，燃烧时瓶内气体从导管跑出 实验优缺点 优点：全程密闭体系，实验误差小；无有毒白烟排放，绿色环保；注射器刻度精准，测量精度高 缺点：操作相对复杂，加热反应时间较长 优点：操作简单，现象直观明显，适合课堂演示实验 缺点：点燃伸入环节易造成气体逸出；五氧化二磷有毒，会污染空气 三、空气资源的利用 1. 分离液态空气法 (1)原理：利用空气中各组分沸点不同，通过加压降温将空气液化，再逐步升温蒸发分离各组分。 (2)分离顺序：氮气（沸点 - 196℃）最先汽化，然后是氩气，最后是氧气（沸点 - 183℃）。 (3)变化类型：仅状态改变，无新物质生成，属于物理变化。 (4)工业价值：大规模制取氧气、氮气的主流方法，成本低、产量大，广泛应用于工业、医疗等领域。 2. 各成分的用途 物质 主要性质 应用领域 氧气 供给呼吸；支持燃烧（助燃，不可燃） 医疗急救、潜水登山；炼钢、气焊、航天推进剂 氮气 常温化学性质稳定；液氮汽化吸热；可合成含氮化合物 食品防腐、焊接保护气；液氮冷冻麻醉；制氮肥、硝酸 稀有 气体 化学性质极不活泼；通电发出有色光；氦气密度小 焊接保护气、灯泡填充气；霓虹灯、航标灯；氦气填充探空气球 四、空气质量与环境保护 1. 空气质量评价体系 (1)评价指标：空气质量指数（AQI），数值越大，污染程度越重，对人体健康危害越大。 (2)质量分级：优（0-50）、良（51-100）、轻度污染（101-150）、中度污染（151-200）、重度污染（201-300）、严重污染（＞300）。 2. 空气污染物 类别 具体物质 主要影响 计入空气污染指数的污染物 SO₂、NO₂、CO、O₃、PM10、PM2.5 形成酸雨、损伤呼吸道、诱发心肺疾病 温室气体（非空气污染物） CO₂、甲烷等 加剧全球温室效应，导致气候变暖 注意：CO₂是空气固有组分，参与碳氧循环，不属于空气污染物；SO₂、NO₂是酸雨的主要成因。 3. 空气污染防治措施 治理分类 防治措施 工业污染防治 工业废气处理达标后排放，改进生产工艺，关停高污染工厂。 交通尾气防治 推广新能源汽车，加装尾气净化装置，倡导绿色出行。 生活污染防治 禁止露天焚烧杂物、秸秆，严控烟花爆竹，推广清洁能源。 生态绿化防治 植树种草、增加绿化，利用植被吸附粉尘、净化空气。 政策与管理防治 加强空气监测与环保监管，普及环保知识，提升环保意识。 注意事项： ① 空气各组分的含量默认指体积分数，而非质量分数；氧气密度大于氮气，其质量分数略高于 21%，是易混易错点。 ② 描述红磷燃烧现象时，规范表述为 “大量白烟”，烟是固体小颗粒，雾是液体小液滴，二者不能混淆。 ③ 测定氧含量的实验中，生成物为固体是关键要求；木炭、硫磺燃烧生成气体，无法形成明显压强差，不能替代红磷。 ④ 所有测定实验都必须保证装置气密性良好，漏气会导致结果偏小且实验失效；读数前必须冷却至室温，气体热胀冷缩会影响体积测定。 ⑤ 氧气是助燃物，不是可燃物，不能用作燃料；“氧气作燃料” 是选择题高频错误选项。 ⑥ 分离液态空气法是物理分离过程，利用沸点差异实现组分分离，没有新物质生成，不属于分解反应。 ⑦ 稀有气体 “极不活泼” 是指通常条件下很难发生反应，并非绝对不反应，特殊条件下也能形成化合物。 ⑧ PM2.5 指粒径≤2.5 微米的颗粒物，可穿透肺泡进入血液循环，对人体的危害远大于 PM10。 特别提醒： ① 拉瓦锡实验的两步反应（汞与氧化合、氧化汞分解），恰好从化合和分解两个方向验证了空气的组成，逻辑严谨性是其成为经典实验的主要原因。 ② 红磷实验集气瓶底预先加水，有两个作用：一是吸收有毒的五氧化二磷，防止污染空气；二是降温吸热，防止集气瓶受热炸裂。 ③ 铜粉加热实验中反复推拉注射器活塞，是为了让空气流动，使氧气与铜粉充分接触反应，避免因氧气滞留导致测定结果偏小。 ④ 酸雨的主要成因是二氧化硫和氮氧化物，二氧化碳溶于水只会生成碳酸，酸性弱，不会导致酸雨。 ⑤ 液氮是常用的廉价超低温制冷剂，广泛应用于医疗冷冻、食品速冻、菌种保存等领域，利用的是液氮汽化吸热的物理性质。 归纳总结： ① 空气是由多种气体组成的典型混合物，各组分按体积分数保持相对稳定，氮气占比最高，氧气是维持生命活动和工业生产的主要组分。 ② 定量测定空气中氧气含量的核心思路是 “密闭耗氧 + 固体产物 + 压强差法”，两套经典实验各有优劣，误差分析可从药品、装置、温度三个维度快速判断。 ③ 空气是重要的自然资源，工业上通过分离液态空气法大规模制取各组分气体，性质决定用途是这部分知识的主要逻辑。 ④ 空气质量与人体健康息息相关，区分空气污染物与温室气体、掌握污染防治的基本路径，是建立环保观念的基础。 1. 空气中氧气约占 21% 指的是体积分数，而非质量分数。 2. 红磷燃烧产生大量白烟，生成的五氧化二磷是白色固体小颗粒。 3. 测定空气中氧气含量的实验要求生成物必须为固体，木炭、硫燃烧生成气体不能选用。 4. 测定空气中氧气含量的实验结果偏小，通常是因为药品不足、装置漏气或未冷却至室温就读数。 5. 氧气具有助燃性，本身不具有可燃性，不能用作燃料。 6. 分离液态空气法制取氧气属于物理变化，利用各组分沸点不同实现分离。 7. 二氧化碳含量过高会加剧温室效应，但它不属于空气污染物。 8. 稀有气体化学性质极不活泼，但并非绝对不发生化学反应。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四单元 我们周围的空气 第一节 空气的组成 一、空气的组成体系 1. 基本特征 空气是典型的气态 ，各组分均匀分散、保持各自原有的化学性质，，是初中化学研究混合物分离、定量分析的经典体系。 2. 各成分的体积分数 组分 化学式 体积占比 基本定位 氮气 N₂ 约 空气的主体组分，化学性质稳定 氧气 O₂ 约 维持生命与支持燃烧的主要组分 稀有气体（以氩为主） Ar、He、Ne 等 0.934% 性质极稳定的惰性组分 二氧化碳 CO₂ 0.038% 碳氧循环的关键 水蒸气及其他杂质 — 0.002% 含量随环境小幅波动 口诀：氮七八，氧二一，稀气点九四；碳点零三八，杂质零点零二，体积记准确，质量莫混淆。 3. 拉瓦锡经典实验 (1) 研究思路：利用汞与氧气的化合反应 ，再通过氧化汞分解 ，两步反应定量验证空气的组成。 (2) 关键结论：首次通过实验证明空气是 ，而非单一物质；其中氧气约占总体积的 ，剩余气体既不能燃烧也不支持燃烧。 (3) 历史意义：推翻了统治化学界百年的 “燃素学说”，开启了近代化学定量研究的时代。 二、空气中氧气体积分数的测定 1.测定实验 空气中氧气含量测定是初中化学首个定量气体实验，两个经典方案通过 “密闭耗氧 + 固体产物 + ” 的共同思路，验证空气组成。 铜粉测定空气中氧气含量 红磷燃测定空气中氧气含量 符号表达式 实验装置 、两个注射器、小气球、酒精灯、铁架台、足量铜粉 集气瓶、 、带导管橡胶塞、弹簧夹、烧杯、水、足量红磷 操作步骤 ① 检查装置 ，装入足量铜粉，两侧连接注射器与小气球 ② 用酒精灯加热铜粉部位，反复、缓慢交替 ③ 停止加热，待装置 至室温，将气体集中到一侧注射器，读取体积 ① 检查装置 ，集气瓶内加少量水，将水面上方空气分为 5 等份并标记 ② 夹紧弹簧夹，点燃红磷后 伸入集气瓶，立即塞紧橡胶塞 ③ 红磷熄灭后，待装置 ，打开弹簧夹观察现象 实验现象 ① 铜粉逐渐变为 固体 ② 冷却后读取气体总体积，减少量约占原空气体积的 ① 红磷剧烈燃烧，产生大量 ，放出大量热 ② 冷却后打开弹簧夹，烧杯中的水 集气瓶，进入水的体积约占原空气体积的 实验结论 氧气约占空气总体积的 ① 氧气约占空气总体积的 1/5 ② 剩余气体（主要 ） 于水，不能 ，也 操作解析 ① 反复推拉活塞：使装置内空气流动，氧气与铜粉 ，确保氧气 ② 小气球作用： ，防止加热时气体膨胀顶开橡胶塞；容纳气体，保障空气循环流动 ③ 铜粉足量：确保装置内氧气被 ① 集气瓶底预先加水：吸收有毒的 ，防止污染空气；降温吸热，防止 溅落炸裂瓶底 ② 迅速伸入塞紧：防止瓶内空气 ，导致测定结果偏大 ③ 红磷足量：确保集气瓶内氧气被 误差分析 （结果偏小） ① 铜粉 ，氧气未完全消耗 ② 装置 不好，外界空气进入 ③ 未 ，气体受热膨胀 ④ 加热 ，反应不充分 ① 红磷 ，氧气未耗尽 ② 装置 ，外界空气进入 ③ 未 就打开弹簧夹 ④ 导管内未预先装满水 误差分析 （结果偏大） ① 加热时推拉活塞速度 ，装置内空气受热向外逸出 ② 读数时气球内残留气体未全部挤入注射器 ① 点燃红磷伸入集气瓶 ，瓶内受热空气逸出 ② 弹簧夹未夹紧，燃烧时瓶内气体从导管跑出 实验优缺点 优点：全程 ，实验 ；无有毒白烟排放，绿色环保；注射器刻度精准，测量 缺点：操作相对复杂，加热反应时间较长 优点：操作 ，现象直观明显，适合课堂演示实验 缺点：点燃伸入环节易造成气体逸出；五氧化二磷 ，会污染空气 三、空气资源的利用 1. 分离液态空气法 (1) 原理：利用空气中各组分 不同，通过加压降温将空气 ，再逐步升温蒸发分离各组分。 (2) 分离顺序： （沸点 - 196℃）最先汽化，然后是氩气，最后是 （沸点 - 183℃）。 (3) 变化类型：仅状态改变，无新物质生成，属于 。 (4) 工业价值：大规模制取氧气、氮气的主流方法，成本低、产量大，广泛应用于工业、医疗等领域。 2. 各成分的用途 物质 主要性质 应用领域 氧气 供给 ；支持 （助燃，不可燃） 、潜水登山；炼钢、气焊、航天推进剂 氮气 常温化学性质 ；液氮汽化 ；可合成含氮化合物 食品 、焊接 ；液氮冷冻麻醉；制氮肥、硝酸 稀有 气体 化学性质 ；通电发出有色光；氦气密度小 焊接 、灯泡 ；霓虹灯、航标灯；氦气填充 四、空气质量与环境保护 1. 空气质量评价体系 (1) 评价指标：空气质量指数（AQI），数值 ，污染程度 ，对人体健康危害 。 (2) 质量分级：优（0-50）、良（51-100）、 污染（101-150）、中度污染（151-200）、重度污染（201-300）、 污染（＞300）。 2. 空气污染物 类别 具体物质 主要影响 计入空气污染指数的污染物 、NO₂、 、O₃、PM10、PM2.5 形成 、损伤呼吸道、诱发心肺疾病 温室气体（非空气污染物） 、甲烷等 加剧全球 ，导致气候变暖 注意：CO₂是空气固有组分，参与碳氧循环， 空气污染物； 是酸雨的主要成因。 3. 空气污染防治措施 治理分类 防治措施 工业污染防治 工业废气 后排放，改进生产工艺，关停高污染工厂。 交通尾气防治 推广 ，加装尾气净化装置，倡导 。 生活污染防治 禁止露天焚烧杂物、秸秆，严控烟花爆竹，推广 。 生态绿化防治 、增加绿化，利用植被吸附粉尘、净化空气。 政策与管理防治 加强空气监测与环保监管，普及环保知识，提升环保意识。 注意事项： ① 空气各组分的含量默认指体积分数，而非质量分数；氧气密度大于氮气，其质量分数略高于 21%，是易混易错点。 ② 描述红磷燃烧现象时，规范表述为 “大量白烟”，烟是固体小颗粒，雾是液体小液滴，二者不能混淆。 ③ 测定氧含量的实验中，生成物为固体是关键要求；木炭、硫磺燃烧生成气体，无法形成明显压强差，不能替代红磷。 ④ 所有测定实验都必须保证装置气密性良好，漏气会导致结果偏小且实验失效；读数前必须冷却至室温，气体热胀冷缩会影响体积测定。 ⑤ 氧气是助燃物，不是可燃物，不能用作燃料；“氧气作燃料” 是选择题高频错误选项。 ⑥ 分离液态空气法是物理分离过程，利用沸点差异实现组分分离，没有新物质生成，不属于分解反应。 ⑦ 稀有气体 “极不活泼” 是指通常条件下很难发生反应，并非绝对不反应，特殊条件下也能形成化合物。 ⑧ PM2.5 指粒径≤2.5 微米的颗粒物，可穿透肺泡进入血液循环，对人体的危害远大于 PM10。 特别提醒： ① 拉瓦锡实验的两步反应（汞与氧化合、氧化汞分解），恰好从化合和分解两个方向验证了空气的组成，逻辑严谨性是其成为经典实验的主要原因。 ② 红磷实验集气瓶底预先加水，有两个作用：一是吸收有毒的五氧化二磷，防止污染空气；二是降温吸热，防止集气瓶受热炸裂。 ③ 铜粉加热实验中反复推拉注射器活塞，是为了让空气流动，使氧气与铜粉充分接触反应，避免因氧气滞留导致测定结果偏小。 ④ 酸雨的主要成因是二氧化硫和氮氧化物，二氧化碳溶于水只会生成碳酸，酸性弱，不会导致酸雨。 ⑤ 液氮是常用的廉价超低温制冷剂，广泛应用于医疗冷冻、食品速冻、菌种保存等领域，利用的是液氮汽化吸热的物理性质。 归纳总结： ① 空气是由多种气体组成的典型混合物，各组分按体积分数保持相对稳定，氮气占比最高，氧气是维持生命活动和工业生产的主要组分。 ② 定量测定空气中氧气含量的核心思路是 “密闭耗氧 + 固体产物 + 压强差法”，两套经典实验各有优劣，误差分析可从药品、装置、温度三个维度快速判断。 ③ 空气是重要的自然资源，工业上通过分离液态空气法大规模制取各组分气体，性质决定用途是这部分知识的主要逻辑。 ④ 空气质量与人体健康息息相关，区分空气污染物与温室气体、掌握污染防治的基本路径，是建立环保观念的基础。 1. 空气中氧气约占 21% 指的是 ，而非 。 2. 红磷燃烧产生大量 ，生成的五氧化二磷是白色 。 3. 测定空气中氧气含量的实验要求生成物必须为 ，木炭、硫燃烧生成 不能选用。 4. 测定空气中氧气含量的实验结果偏小，通常是因为 、装置 或未 。 5. 氧气具有 ，本身不具有 ，不能用作燃料。 6. 分离液态空气法制取氧气属于 ，利用各组分 不同实现分离。 7. 二氧化碳含量过高会加剧 ，但它 空气污染物。 8. 稀有气体化学性质 ，但并非绝对不发生化学反应。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $