1.1 空气的成分 第1课时（导学案）科学新教材浙教版八年级下册

第1节 空气的成分 第1课时（导学案） 1.知道空气的主要成分及其体积分数：氮气约78%、氧气约21%、稀有气体约0.93%、二氧化碳约0.04%、其他气体和杂质约0.03%； 2.了解氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳的主要性质与对人类生产生活的重要用途； 3.认识空气是一种重要的天然资源。 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的实验原理、现象、结论与误差分析； 3.氧气、氮气、稀有气体的主要用途。 难点： 1.从气压变化角度理解实验原理（密闭容器内消耗氧气生成固体→气压减小→水进入）； 2.全面分析进水体积小于1/5、大于1/5的各类误差原因； 3.判断能否用木炭、硫、铁、蜡烛等物质代替红磷。 【自主预习】 1.18世纪70年代，法国化学家____用定量的方法研究了空气的成分，得出空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积____的结论。 2.拉瓦锡实验中，汞连续加热12天后，容器里气体体积减少了约____；剩余4/5体积的气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他称之为____。 3.实验室常用燃烧____的方法测定空气中氧气的含量；红磷燃烧产生大量的____，生成的固体是____（写化学式）。 4.打开止水夹后，烧杯中的水倒吸入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶原剩余容积的____，说明氧气约占空气总体积的____。 5.空气中各成分的体积分数大约是：氮气____、氧气____、稀有气体____、二氧化碳____、水蒸气等其他气体和杂质____；通常情况下空气各成分比例保持____。 6.工业上常用深度冷冻法分离空气，可制得氧气、氮气与稀有气体，产品纯度可达98.0%～99.9%。 7.氧气可用于____（医疗急救、潜水）和____（炼钢、气焊、航天火箭推进）；氮气化学性质不活泼，常用作____（食品防腐、焊接保护、灯泡充氮），还可制氮肥、炸药，液氮可作冷冻剂。 8.稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）又称____气体，化学性质很不活泼，可用作保护气；通电时发出不同颜色的光，可制成____（霓虹灯、航标灯、闪光灯）；氦气可充飞艇、气球，氙气可用于医疗麻醉。 一、拉瓦锡怎样研究空气成分 1. 实验过程 18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分： (1) 把少量汞放在曲颈瓶里连续加热12天，发现汞的液面出现红色粉末（氧化汞），同时容器里空气的体积减少了约1/5； (2) 他研究剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，称之为氮气； (3) 他又把生成的红色粉末全部放入另一容器中加热，结果得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于曲颈瓶中减少的气体体积； (4) 若再把得到的氧气加回剩余4/5气体中，所得气体的性质跟空气几乎完全一样。 2. 实验结论 3. 反应文字表达式 思考讨论 拉瓦锡实验为什么要连续加热12天？这样做的目的是什么？ 2、 红磷燃烧测定空气中氧气含量 1. 实验装置与器材 集气瓶、燃烧匙、红磷、止水夹（弹簧夹）、导管、烧杯、水。集气瓶中先加入少量水，再把剩余容积分成5等份，做好记号。 2. 操作要点（为什么这样做） 操作要点 原因 集气瓶中预先加少量水 冷却燃烧后的 ；溶解生成的 固体，防止 装置必须密闭（气密性良好） 防止外界空气进入或内部气体逸出，保证 变化真实 红磷的量要过量 将瓶内 充分、完全消耗 火焰熄灭后冷却至室温再打开止水夹 防止瓶内温度 、气压偏 ， 进水偏 3. 实验步骤与现象 (1) 点燃燃烧匙内的红磷，迅速伸入集气瓶中，立即塞紧瓶塞。 现象： （注意：是白烟，不是白雾），放出 。 (2) 火焰熄灭后，振荡集气瓶，待装置冷却到室温，打开导管上的止水夹。 现象： (3) 水位变化：进入集气瓶的水约占集气瓶原剩余容积的 ； (4) 消耗的气体与剩下气体的体积比约为 。 4. 实验结论 氧气约占空气总体积的 ；剩余4/5体积的气体主要是 ，该气体不能 、也不支持 ，难溶于 。 5. 实验原理（核心逻辑） 红磷（P）与空气中的氧气（O₂）反应，生成 固体； 溶于水，集气瓶内气体 、气压 ， 外界大气压； 打开止水夹后，大气压把烧杯中的水压入集气瓶，直至瓶内外 相等。 进入水的体积即为被消耗的 体积。 反应文字表达式： 三、实验反思与误差分析（重点难点） 1. 实验前集气瓶中加少量水的目的 冷却燃烧产生的高温气体；吸收、溶解生成的P₂O₅白烟，防止污染空气；同时缩短装置冷却时间。 2. 能否用木炭或硫代替红磷？为什么？ 3. 为什么烧杯内的水会进入集气瓶？ 4. 误差分析一：进入的水小于1/5的原因 误差原因 后果 装置气密性不好，瓶塞/导管漏气 红磷量不足，氧气没有被完全消耗 未等装置冷却到室温就打开止水夹 导管内事先未注满水 共同结果：瓶内气压减小得少 → 倒流入集气瓶的水偏少（＜1/5）。 5. 误差分析二：进入的水大于1/5的原因 误差原因 后果 点燃红磷前未夹紧（或未夹）弹簧夹 点燃红磷后伸入集气瓶太慢、塞瓶塞不迅速 实验过程中消耗了空气中其他成分 共同结果：瓶内气压减小得多 → 倒流入集气瓶的水偏多（＞1/5）。 6. 拓展：设计减小误差的实验 请思考并与同学交流：怎样改进装置可以让测定结果更准确？ 7. 对比：本实验与拉瓦锡实验原理一样吗？ 四 空气的成分与发现史 1. 空气成分的发现历程 时间 人物/事件 认识水平 1667年 提出"燃素说" 认为空气是成分单一的物质；可燃物中含"燃素"，燃烧就是向空气中释放"燃素"的过程 1775年 拉瓦锡发现氮气和氧气 得出空气由氧气和氮气组成，氧气约占1/5 19世纪末 稀有气体陆续被发现 发现氦、氖、氩、氪、氙、氡等，认识到空气中除氮、氧外还有其他成分 2. 空气的精确组成（体积分数） 成分 体积分数 氮气 N₂ 氧气 O₂ 稀有气体 二氧化碳 CO₂ 水蒸气等其他气体和杂质 重要说明：以上是按体积分数计算（不是质量分数）；在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。现代已可用数字化传感器实验精确测定氧气含量。 五、空气是重要的自然资源 1. 工业分离空气 人类生产生活离不开空气。工业上常用深度 （分离液态空气）制得氧气、氮气与稀有气体，所得气体产品纯度可达98.0%～99.9%（利用各气体沸点不同进行分离）。 2. 氧气的用途 ：医疗急救、潜水、登山、航天； ：炼钢、气焊、气割、航天火箭推进剂。 说明：氧气分医用氧（救治病人）和工业氧（生产加工）；氧气本身不是燃料，只是助燃剂。 3. 氮气的用途 性质：氮气是 、化学性质较 的气体。 作保护气：食品充氮 、焊接金属 空气、灯泡充氮 使用寿命； 制氮肥、炸药等化工原料； 液氮沸点 、易汽化吸收大量 ，作 ：液氮冷冻麻醉、冷冻治疗仪。 4. 稀有气体的用途 稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）又称惰性气体，化学性质极 。 作 ：焊接金属时隔绝空气； 制 ：通电时发出不同颜色的光，制成航标灯、闪光灯、霓虹灯； 氦气密度 、性质稳定，可充飞艇、探空气球； 用于激光技术、氙气医疗麻醉、液氦制造低温环境。 5. 二氧化碳的用途 绿色植物 的原料； 液态CO₂用于 、制 ； 干冰（固态CO₂）用于 、冷藏保鲜。 课堂小结： 1. 实验装置下图，甲、乙两集气瓶用导管连接，玻璃管A下端紧系一个气球，将此装置放置在阳光下一段时间，可看到白磷燃烧，请分析甲瓶中的气球的变化情况是（　　） A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 2.空气是一种宝贵的自然资源，人类可以从这种自然资源中获取多种有用的气体。下列有用气体不可能直接从空气分离获得的是（　　） A．用作医疗急救的氧气 B．用作清洁燃料的氢气 C．用作食品防腐剂的氮气 D．用作焊接保护气的稀有气体 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 空气的成分 第1课时（导学案） 1.知道空气的主要成分及其体积分数：氮气约78%、氧气约21%、稀有气体约0.93%、二氧化碳约0.04%、其他气体和杂质约0.03%； 2.了解氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳的主要性质与对人类生产生活的重要用途； 3.认识空气是一种重要的天然资源。 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的实验原理、现象、结论与误差分析； 3.氧气、氮气、稀有气体的主要用途。 难点： 1.从气压变化角度理解实验原理（密闭容器内消耗氧气生成固体→气压减小→水进入）； 2.全面分析进水体积小于1/5、大于1/5的各类误差原因； 3.判断能否用木炭、硫、铁、蜡烛等物质代替红磷。 【自主预习】 1.18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，得出空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。 2.拉瓦锡实验中，汞连续加热12天后，容器里气体体积减少了约1/5；剩余4/5体积的气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他称之为氮气。 3.实验室常用燃烧红磷的方法测定空气中氧气的含量；红磷燃烧产生大量的白烟，生成的固体是P₂O₅（写化学式）。 4.打开止水夹后，烧杯中的水倒吸入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶原剩余容积的1/5，说明氧气约占空气总体积的1/5。 5.空气中各成分的体积分数大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.93%、二氧化碳0.04%、水蒸气等其他气体和杂质0.03%；通常情况下空气各成分比例保持相对稳定。 6.工业上常用深度冷冻法分离空气，可制得氧气、氮气与稀有气体，产品纯度可达98.0%～99.9%。 7.氧气可用于供给呼吸（医疗急救、潜水）和支持燃烧（炼钢、气焊、航天火箭推进）；氮气化学性质不活泼，常用作保护气（食品防腐、焊接保护、灯泡充氮），还可制氮肥、炸药，液氮可作冷冻剂。 8.稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）又称惰性气体，化学性质很不活泼，可用作保护气；通电时发出不同颜色的光，可制成电光源（霓虹灯、航标灯、闪光灯）；氦气可充飞艇、气球，氙气可用于医疗麻醉。 一、拉瓦锡怎样研究空气成分 1. 实验过程 18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分： (1) 把少量汞放在曲颈瓶里连续加热12天，发现汞的液面出现红色粉末（氧化汞），同时容器里空气的体积减少了约1/5； (2) 他研究剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，称之为氮气； (3) 他又把生成的红色粉末全部放入另一容器中加热，结果得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于曲颈瓶中减少的气体体积； (4) 若再把得到的氧气加回剩余4/5气体中，所得气体的性质跟空气几乎完全一样。 2. 实验结论 空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。 3. 反应文字表达式（加热） 汞 ＋ 氧气 → 氧化汞 （Hg） （O₂）　　　（HgO） 思考讨论 拉瓦锡实验为什么要连续加热12天？这样做的目的是什么？ 拉瓦锡连续加热12天，是为了让汞与容器内空气中的氧气充分、完全反应，确保氧气被全部消耗，使定量结果更准确可靠。 2、 红磷燃烧测定空气中氧气含量 1. 实验装置与器材 集气瓶、燃烧匙、红磷、止水夹（弹簧夹）、导管、烧杯、水。集气瓶中先加入少量水，再把剩余容积分成5等份，做好记号。 2. 操作要点（为什么这样做） 操作要点 原因 集气瓶中预先加少量水 冷却燃烧后的气体；溶解生成的P₂O₅固体，防止污染 装置必须密闭（气密性良好） 防止外界空气进入或内部气体逸出，保证压强变化真实 红磷的量要过量 将瓶内氧气充分、完全消耗 火焰熄灭后冷却至室温再打开止水夹 防止瓶内温度高、气压偏大，进水偏少 3. 实验步骤与现象 (1) 点燃燃烧匙内的红磷，迅速伸入集气瓶中，立即塞紧瓶塞。 现象：红磷继续燃烧，产生大量白烟（注意：是白烟，不是白雾），放出热量。 (2) 火焰熄灭后，振荡集气瓶，待装置冷却到室温，打开导管上的止水夹。 现象：烧杯中的水倒吸入集气瓶内； (3) 水位变化：进入集气瓶的水约占集气瓶原剩余容积的1/5； (4) 消耗的气体与剩下气体的体积比约为 1∶4。 4. 实验结论 氧气约占空气总体积的1/5；剩余4/5体积的气体主要是氮气，该气体不能燃烧、也不支持燃烧，难溶于水。 5. 实验原理（核心逻辑） 红磷（P）与空气中的氧气（O₂）反应，生成五氧化二磷（P₂O₅）固体； 固体溶于水，集气瓶内气体减少、气压减小，小于外界大气压； 打开止水夹后，大气压把烧杯中的水压入集气瓶，直至瓶内外压强相等。 进入水的体积即为被消耗的氧气体积。 反应文字表达式： 三、实验反思与误差分析（重点难点） 1. 实验前集气瓶中加少量水的目的 冷却燃烧产生的高温气体；吸收、溶解生成的P₂O₅白烟，防止污染空气；同时缩短装置冷却时间。 2. 能否用木炭或硫代替红磷？为什么？ 不可以。 燃烧后生成的气体弥补了被消耗氧气的体积，瓶内压强几乎不变，水不能进入集气瓶，实验无法成功。 同理，蜡烛燃烧也生成CO₂气体和水，一般也不能代替红磷；铁丝在空气中不能燃烧，同样不能选用。 3. 为什么烧杯内的水会进入集气瓶？ 红磷与氧气反应生成固体P₂O₅，P₂O₅溶于水，使瓶内气体减少、压强减小；打开止水夹后，外界大气压大于瓶内气压，把水压入集气瓶，直到瓶内外压强相等。 4. 误差分析一：进入的水小于1/5的原因 误差原因 后果 装置气密性不好，瓶塞/导管漏气 冷却后外界空气进入瓶内，瓶内气压减小得少 红磷量不足，氧气没有被完全消耗 被消耗的氧气偏少，进水偏少 未等装置冷却到室温就打开止水夹 瓶内气体温度高、压强偏大，进水偏少 导管内事先未注满水 部分水留在导管中，进入集气瓶偏少 共同结果：瓶内气压减小得少 → 倒流入集气瓶的水偏少（＜1/5）。 5. 误差分析二：进入的水大于1/5的原因 误差原因 后果 点燃红磷前未夹紧（或未夹）弹簧夹 红磷燃烧放热，瓶内空气受热从导管逸出，冷却后进水偏多 点燃红磷后伸入集气瓶太慢、塞瓶塞不迅速 瓶内空气受热膨胀从瓶口逸出，冷却后进水偏多 实验过程中消耗了空气中其他成分 瓶内气体减少量超过氧气体积 共同结果：瓶内气压减小得多 → 倒流入集气瓶的水偏多（＞1/5）。 6. 拓展：设计减小误差的实验 请思考并与同学交流：怎样改进装置可以让测定结果更准确？ 提示要点：装置始终密闭（如用放大镜聚光/电热丝点燃红磷，瓶内引燃）、红磷足量、冷却至室温再读数、导管预先注满水、反复多次实验取平均值等。 7. 对比：本实验与拉瓦锡实验原理一样吗？ 原理相同。 红磷实验：红磷＋氧气→五氧化二磷（点燃）； 拉瓦锡实验：汞＋氧气→氧化汞（加热）。 两者都是：在密闭容器中消耗氧气、生成固体物质，使容器内气压减小，大气压把水（汞）压入容器，进入液体的体积即为氧气体积。 四 空气的成分与发现史 1. 空气成分的发现历程 时间 人物/事件 认识水平 1667年 提出"燃素说" 认为空气是成分单一的物质；可燃物中含"燃素"，燃烧就是向空气中释放"燃素"的过程 1775年 拉瓦锡发现氮气和氧气 得出空气由氧气和氮气组成，氧气约占1/5 19世纪末 稀有气体陆续被发现 发现氦、氖、氩、氪、氙、氡等，认识到空气中除氮、氧外还有其他成分 2. 空气的精确组成（体积分数） 成分 体积分数 氮气 N₂ 78% 氧气 O₂ 21% 稀有气体 0.93% 二氧化碳 CO₂ 0.04% 水蒸气等其他气体和杂质 0.03% 重要说明：以上是按体积分数计算（不是质量分数）；在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。现代已可用数字化传感器实验精确测定氧气含量。 五、空气是重要的自然资源 1. 工业分离空气 人类生产生活离不开空气。工业上常用深度冷冻法（分离液态空气）制得氧气、氮气与稀有气体，所得气体产品纯度可达98.0%～99.9%（利用各气体沸点不同进行分离）。 2. 氧气的用途 供给呼吸：医疗急救、潜水、登山、航天； 支持燃烧（助燃）：炼钢、气焊、气割、航天火箭推进剂。 说明：氧气分医用氧（救治病人）和工业氧（生产加工）；氧气本身不是燃料，只是助燃剂。 3. 氮气的用途 性质：氮气是无色、无味、化学性质较不活泼的气体。 作保护气：食品充氮防腐保鲜、焊接金属隔绝空气、灯泡充氮延长使用寿命； 制氮肥、炸药等化工原料； 液氮沸点低、易汽化吸收大量热，作冷冻剂：液氮冷冻麻醉、冷冻治疗仪。 4. 稀有气体的用途 稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）又称惰性气体，化学性质极不活泼。 作保护气：焊接金属时隔绝空气； 制电光源：通电时发出不同颜色的光，制成航标灯、闪光灯、霓虹灯； 氦气密度小、性质稳定，可充飞艇、探空气球； 用于激光技术、氙气医疗麻醉、液氦制造低温环境。 5. 二氧化碳的用途 绿色植物光合作用的原料； 液态CO₂用于灭火、制汽水； 干冰（固态CO₂）用于人工降雨、冷藏保鲜。 课堂小结： 1. 实验装置下图，甲、乙两集气瓶用导管连接，玻璃管A下端紧系一个气球，将此装置放置在阳光下一段时间，可看到白磷燃烧，请分析甲瓶中的气球的变化情况是（　　） A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【答案】D 【详解】白磷燃烧放出大量热，且消耗氧气，燃烧时放热压强增大，消耗氧气且冷却导致压强减小，所以气球会先变小后变大。故选D。 2.空气是一种宝贵的自然资源，人类可以从这种自然资源中获取多种有用的气体。下列有用气体不可能直接从空气分离获得的是（　　） A．用作医疗急救的氧气 B．用作清洁燃料的氢气 C．用作食品防腐剂的氮气 D．用作焊接保护气的稀有气体 【答案】B 【详解】A、空气的主要成分之一是氧气，通过分离液态空气法，利用氧气和氮气等气体沸点的不同，可以从空气中分离出氧气，氧气能供给呼吸，可用于医疗急救，不符合题意； B、空气中主要成分是氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等，几乎不含氢气，所以不能直接从空气中分离获得氢气，符合题意； C、氮气在空气中含量最多，约占空气体积的78%，可通过分离液态空气获得氮气，氮气化学性质不活泼，可用作食品防腐剂，不符合题意； D、稀有气体是空气的成分之一，占空气体积的0.94%，可以通过分离液态空气获得稀有气体，稀有气体化学性质很不活泼，可用作焊接保护气，不符合题意。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $