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第二章 空气与水资源
2. 1 空气的组成
感悟新知
知识点
1
1. 首先应检查装置的气密性：
(1)原理：用手握住试管时，试管内的空气温度升高，体积膨胀。
(2)操作步骤：用手握住试管时，
导管口有气泡冒出；移开手后
导管内形成一段水柱，则说明
装置的气密性良好。
“捕获”空气实验
知1－讲
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2. 收集空气：
将集气瓶装满水,盖上玻璃片,注意集气瓶中不能有气泡存在；
将集气瓶倒放到盛水的水槽中，在液面以下拿掉玻璃片；
待导管口有气泡冒出时,将导管伸入集气瓶内,开始收集气体。
待集气瓶内水排尽,说明气体已收集满；实验装置如图 2所示：
知1－讲
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奇思妙想：
用手握法检查气密性是利用气体受热膨胀的原理，同理还可以用酒精灯微热法或用热水浴的方法来检查气密性。
知1－讲
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考向 检验装置气密性的方法
如图3所示，某同学采用手握试管外壁的方法检查装置的气密性，若装置的气密性良好，则将双手移开一会儿后，烧杯内导管处的现象(画圈部分)是(　　)
例1
知1－练
C
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选项 A B C D
现象放大图
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解题秘方：检查装置气密性常采用“手握法”，即将导管的一端浸入水中，用手掌紧握容器的外壁，温度升高，气体受热膨胀，导管口有气泡产生，松开手后，温度降低，容器内压强减小，导管口会形成一段上升的水柱。
知1－练
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方法提分：
影响装置气密性的常见原因有：
1. 仪器破损。试管上有裂缝或小孔，胶皮管老化；
2. 连接不紧密，橡皮塞没有旋紧，胶皮管与玻璃管的口径大小不匹配；
3. 操作不正确，如先手握试管，后将导管放入水中。
知1－练
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知识点
空气中氧气体积分数的测定
2
知2－讲
1. 实验探究空气中氧气的体积分数
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，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积 ；反应的文字表达式为：
红磷 +氧气 五氧化二磷
P O2 P2O5
点燃
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实
验
装
置 如图 4所示：
实
验
步
骤 ①连接装置；②检查装置的气密性；③将集气瓶的容积划分为五等份，并加以标记；④用止水夹夹紧乳胶管，将导管插入盛水的烧杯中；⑤点燃红磷后，立即伸入集气瓶内并把塞子塞紧；⑥燃烧结束冷却至室温后，打开止水夹
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实验
现象 红磷在集气瓶内燃烧，生成大量白烟( 五氧化二磷小颗粒)，冷却至室温后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，进入瓶内水的体积约占瓶内空气总体积的1/5
结论 氧气约占空气总体积的1/5
不能写成白雾
~~~~
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特别提醒：
●不能用蜡烛代替红磷。蜡烛燃烧后生成二氧化碳气体，会弥补所消耗氧气的体积。
●法国化学家拉瓦锡首先明确提出空气是由氧气和氮气组成的。
●由该实验还能得出氮气的两点性质：(1)氮气难溶于水；(2)氮气不能燃烧，也不能支持燃烧。
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2. 测定空气中氧气含量实验的误差分析
测定空气中氧气含量实验中，常会出现倒流入容器内的水的体积不是容器内空气体积1/5 的情况，常见的误差分析如下：
实验误差 原因 注意事项
测定结
果偏小 红磷的量不足 红磷要足量
装置气密性不好 装置气密性要良好
未冷却至室温就打开止水夹 冷却至室温后，再打开止水夹
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实验误差 原因 注意事项
测定结
果偏大 点燃红磷后插入集气瓶太慢，集气瓶内空气受热膨胀部分逸出 红磷点燃后迅速插入集气瓶中
点燃红磷前未夹紧止水夹，使集气瓶内空气受热膨胀后沿导管逸出 止水夹要夹紧
方法提醒：
测定空气中氧气含量的实验结果的准确度取决于反应原理和操作步骤。如反应物的选择，要求该物质能且只能与空气中的氧气反应，且生成物中无气体。实验时要防止外界空气进入，使结果偏小；还要防止瓶内气体逸出，使结果偏大。
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考向 测定空气中氧气含量的实验
[期末·徐州] 小明用图甲所示装置测定空气中氧气的含量，实验过程如下：
第一步：按图甲所示连接好装置；
第二步：______________________________；
例2
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第三步：在集气瓶内加少量水，并将水面上方的空间分为5 等份，用止水夹夹紧胶皮管；
第四步：将过量红磷放入燃烧匙内，点燃后立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧；
第五步：待红磷熄灭，冷却至室温后，打开止水夹，观察现象。
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检查装置气密性
耗尽集气瓶内的氧气
红磷+ 氧气 五氧化二磷
点燃
燃烧匙伸入过慢(或点燃红磷前没有夹紧止水夹等)
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(5)上面的实验同时证明了氮气具有____________________ 的化学性质。
(6)某同学对实验进行反思后，提出了改进方案，实验装置如图乙所示，你认为改进后的优点是________________ ______________________________________________。
知2－练
不燃烧，也不支持燃烧
实验结果更准确(或更环保)
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解题秘方：通常采用燃烧法来测定空气中氧气含量，即红磷在密闭集气瓶内燃烧，消耗集气瓶内的氧气，生成白色固体五氧化二磷，使集气瓶内气压减小，打开止水夹后，烧杯中的水被压入集气瓶内，集气瓶内增加的水的体积即为消耗的氧气的体积。
知2－练
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解析：(1)组装好仪器后，应检查装置的气密性。(2)本实验通过红磷燃烧消耗氧气,则红磷过量的目的是耗尽集气瓶内氧气。(3)红磷燃烧生成五氧化二磷,据此书写文字表达式。(4)若测定结果大于五分之一，可能的原因是燃烧匙伸入过慢，导致集气瓶中的气体受热膨胀逸出，或止水夹没有夹紧，气体受热从导管中逸出等。(5)红磷在剩余的气体中会熄灭，则说明氮气具有不能燃烧，不支持燃烧的化学性质。(6)改进后的实验通过放大镜聚光引燃白磷，实验结果更准确，同时防止反应生成的五氧化二磷扩散到空气中污染环境。
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知识拓展：
测定空气中氧气含量的其他方法：
(1) (2) (3)
图6
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知识点
3
混合物和纯净物
知3－讲
混合物 纯净物
组成 由两种或两种以上物质混合而成，组成一般不固定 由一种物质组成
性质 无固定的物理性质，各物质都保持各自的化学性质 有固定的物理性质和化学性质
举例 空气、海水、澄清石灰水 氮气、水、二氧化碳
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知3－讲
混合物 纯净物
联系 混合物分离得纯净物；纯净物混合得混合物
注意 在实际应用中，绝对纯净的物质并不存在，当其中杂质成分的含量极少时，即可认为是纯净物
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知3－讲
易错提示:
判断一种物质是纯净物还是混合物，关键是看由几种物质组成，不能与物质的名称混淆。如五氧化二磷是一种物质的名称，属于纯净物，而“氧”和“磷”是组成这种物质的基本单位，即“元素”。冰水共存物是纯净物，洁净的空气是混合物。
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考向 区分混合物和纯净物
下列物质中，前者属于纯净物，后者属于混合物的是( )
A. 二氧化碳 液氮 B. 洁净的空气 矿泉水
C. 红磷 牛奶 D. 稀有气体 冰水共存物
C
例3
知3－练
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名称中含“洁净”，但为混合物
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解析：本题可用排除法来解答。洁净的空气、矿泉水、牛奶、稀有气体属于混合物，B、D不符合题意；二氧化碳、液氮、红磷、冰水共存物都是纯净物，则正确答案为 C。
误区警示：区分纯净物、混合物的标准是所含物质的种类，只含一种物质的为纯净物，含两种或两种以上物质的为混合物。不能根据物质的状态、名称的长短等粗略判断。
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知识链接：
空气中含有氧气、氮气、二氧化碳等多种成分，属于混合物，洁净的空气是不含污染物的空气，属于混合物。稀有气体是氦气、氖气、氩气等多种气体的总称，属于混合物。冰水共存物只含有水这一种成分，是纯净物。
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知3－练
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知识点
4
1. 空气成分的发现
最早得出空气是由氧气和氮气组成的是法国科学家拉瓦锡。后来科学家研究发现空气中含有氩气等稀有气体。现在人们能用实验的方法精确地测定空气的成分。
空气的组成
知4－讲
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2. 空气的成分
知4－讲
空气的
成分 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳 其他气体
和杂质
体积分数 78% 21% 0. 94% 0. 03% 0. 03%
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知4－讲
易错提醒:
1. 稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡等气体的总称。
2. 空气中各成分的含量是指体积分数，而不是质量分数。
3. 空气中的各成分含量保持相对稳定。
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考向 判断空气中各成分的含量
[中考·常德 ] 空气主要成分示意图如图7所示，其中 R指的是(　　)
A. N2
B. CO2
C. O2
D. H2O
A
例4
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解析：读懂图意是解题关键，由图可知，R是空气中含量最多的气体。结合空气的组成，空气中含量最多的气体是氮气，约占空气体积的78%，则可得出R代表的是氮气。
误区警示：空气主要由氮气和氧气组成，体积分数分别约为 78%和21%，含量保持稳定。如人们在高原上出现高原反应是因为空气稀薄，单位体积内氧气的总量较少，但体积分数仍约为 21%。
知4－练
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知4－练
方法提分：
运用口诀法记忆空气中各成分的含量，即氮七八，氧二一，零点九四是稀气，还有两个点零三，二氧化碳和杂气；体积分数要记清，莫与质量混一起；化学计算常用到，时刻牢记在心底。
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知识点
5
氮气和稀有气体的性质与用途
氮气和稀有气体
知5－讲
气体 物理性质 化学性质 用途
氮气 无色无味的气体，不易溶于水，极低温条件下加压能液化成无色液体 化学性
质稳定 (1)用作灯泡填充气；
(2)用作焊接金属时的保护气；
(3)用作食物的保护气；
(4)用作制氮肥的原料；
(5)液氮用于医疗麻醉等
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知5－讲
气体 物理性质 化学性质 用途
稀有
气体 无色无味的
气体，难溶
于水；通电
时能发出不
同颜色的光 化学性质
很不活泼 (1)用作保护气，如焊接金属时用稀有气体来隔绝空气；
(2)制成多种用途的电光源，如霓虹灯等
感悟新知
知5－讲
易错提示:
1. 灯泡中充入氮气可使灯泡经久耐用是利用氮气的化学性质。
2. 稀有气体可制成多种用途的电光源，是因为它们在通电时能发出不同颜色的光，这是稀有气体的物理性质。
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考向 氮气和稀有气体的性质与用途
[中考·宜宾 ] 空气是一种宝贵的自然资源。下列有关空气及其成分的说法中，正确的是 (　　)
A. 洁净的空气是纯净物
B. 氧气是空气中含量最多的气体
C. 稀有气体含量少，没有利用价值
D. 氮气化学性质不活泼，常用作保护气
D
例5
知5－练
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解题秘方：根据物质的性质推测其用途。
解析：洁净的空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等多种物质，属于混合物，A错误；氮气是空气中含量最多的气体，约占空气总体积的78%，B错误；稀有气体含量少，但有着重要用途，如作保护气、用于制造霓虹灯等，C错误；氮气化学性质不活泼，常用作保护气，D 正确。
知5－练
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知5－练
技巧点拨:
物质的性质决定物质的用途，如氮气、稀有气体的化学性质稳定，则可用作保护气；稀有气体通电时会发出不同颜色的光，则可用于制电光源。
课堂小结
空气
主要成分
(按体积计算)
氧气 21%
氮气的性质和用途
氮气 78%
稀有气体的性质和用途
测定空气中氧气的体积分数
空气的成分
纯净物
混合物
氮气和稀
有气体

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