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第3讲：空气的认识、组成及探究
专题一：拉瓦希实验
二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。
这个著名实验是：把少量的汞放在一个密闭的容器里连续加热12天，结果发现有一部分银白色的液态汞（化学符号Hg）变成了红色粉末（氧化汞，化学符号HgO），同时容器里空气的体积减少了约1/5；他研究了剩余的那部分气体，发现它既不能供动物呼吸，也不支持燃烧，这正是氮气（化学符号N2）；他把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个容器里加热，除了得到汞以外，还得到了氧气（化学符号O2），而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积；他把得到的氧气加到前一个容器中剩下的约4/5体积的气体里，结果得到的气体与空气的性质完全一样。
拉瓦锡实验结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。
相关化学反应：
【例1-1】空气中氮气与氧气的体积比约为 。
【例1-2】早期化学家为了认识空气的本质,将一些物质放在密闭的容器中进行实验,结果发现：每次都有约1/5的空气不知去向。当时化学家把这1/5的空气称为“有用空气”这种“有用空气”是指( )
A. 氮气 B. 二氧化碳 C. 氧气 D. 稀有气体
【练1-1】第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是（ ）
A．道尔顿 B．阿伏伽德罗 C．门捷列夫 D．拉瓦锡
【练1-2】空气中含量较多且化学性质不活泼的气体是（ ）
A. 氧气 B. 氮气 C. 水蒸气 D. 二氧化碳
专题二：红磷燃烧实验
实验用品 集气瓶、燃烧匙、橡胶塞、导管、弹簧夹、胶皮管、烧杯、红磷、火柴、水
实验装置
实验原理 点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。过量的红磷燃烧时消耗尽瓶中的氧气，生成五氧化二磷固体(没生成气体)，瓶内气体减少，压强降低，低于外界大气压，水会自动进入容器中来补充。进入水的体积即为消耗的氧气的体积。
实验步骤 ①连接装置 ②检查装置的气密性 ③先在集气瓶里加入少量水，再把剩余容积用记号划分成5等份，用弹簧夹夹紧胶皮管。 ④在燃烧匙内放入足量的红磷，点燃红磷，立即伸入瓶中并把瓶塞塞紧。 ⑤待红磷熄灭，冷却至室温后，打开弹簧夹，观察现象。
实验现象 ①红磷燃烧产生大量白烟，放出大量热，生成白色固体。 ②冷却至室温后，打开弹簧夹，水经导管流入集气瓶，约上升到刻度“1”处，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。
实验分析 红磷燃烧消耗掉集气瓶内的氧气，生成的五氧化二磷固体极易溶于水，几乎不占有体积，因此，水进入集气瓶来补充氧气的体积。由此证明氧气约占空气体积的1/5。 燃烧匙内剩余的红磷不再燃烧，集气瓶内的水面上升到一定高度后就不能继续上升，说明氮气不能燃烧也不支持燃烧且不易溶于水。
实验结论 （1）氧气约占空气总体积的1/5, （2）氮气不能燃烧，也不支持燃烧，且不易溶于水
实验成功的关键 ①红磷要稍过量；②装置不能漏气；③弹簧夹要夹紧胶皮管；④点燃红磷后伸入集气瓶中的速度要快；⑤待集气瓶的温度达到室温后再打开弹簧夹，不要过早打开。
进入集气瓶内的水偏少 进入集气瓶内水的体积小于瓶内体积的1/5：（1）橡胶塞未塞紧装置漏气，等待冷却的过程中就有空气从集气瓶口进入，使集气瓶内空气变多，水进入的体积变少（2）红磷量不足，氧气没能够完全被消耗（3）未冷却至室温就打开弹簧夹，红磷燃烧放热集气瓶内压强变大，压强差变小，导致进入瓶中水的体积减小）（4）导管内事先没注满水
进入集气瓶内的水偏多 进入集气瓶内水的体积大于瓶内体积的1/5：（1）点燃红磷后插入集气瓶太慢，缓慢伸入过程中，红磷燃烧，集气瓶内空气受热膨胀会跑出集气瓶，瓶内气体减少，压强变小，压强差变大，进入的水的体积变大（2）弹簧夹未夹紧，在加热过程中，气体膨胀，空气从导管口逸出，瓶内压强变小，压强差变大，进入水的体积变大
对实验结果产生影响的其他因素 （1）当氧气你浓度较低时，红磷不能继续燃烧，氧气剩余，会对结果产生影响 （2）玻璃导管内有空气，会对实验产生影响
注意：集气瓶底放水的作用是: ①吸收有毒的五氧化二磷；②防止燃烧物溅落瓶底使集气瓶底炸裂；③吸收热量，缩短冷却时间。
“烟”是固体小颗粒，“雾”是小液滴。
实验操作要点巧记：导管注水要提前，红磷足量是关键；保证装置不漏气，冷至室温后读数。
【例2-1】某实验小组同学用下图装置测定空气中氧气的含量。先用弹簧夹夹住胶皮管。点燃红磷，伸入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察广口瓶内水面变化情况。实验完毕，甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的1/5，乙同学的广口瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的1/5。下列对这两种现象解释合理的是(　　)
①甲同学可能使用红磷的量不足，瓶内氧气没有消耗完
②甲同学可能未塞紧瓶塞，红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内
③乙同学可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内部分空气从导管逸出
④乙同学可能插燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内部分空气受热逸出
A．①③　 　　B．②④ C．①②③ D．①②③④
【例2-2】某化学兴趣小组设计了如图所示的实验装置，
用于“测定空气中氧气的含量”（试管的容积为50mL，
注射器的活塞实验前停在25mL处．容器内红磷足量）．
用酒精灯加热装置中的红磷，充分反应直至燃烧结束，
试管冷却，可观察到装置中活塞最终停留的接近刻度是（　　）
A．20mL处 B．15mL处 C．10mL处 D．5mL处
【练2-1】某同学用如图所示的装置测定空气中氧气的含量，实验后发现所测定氧气的体积分数低于．针对这一事实，你认为下列做法或想法不正确的是（　　）
A．查看实验装置是否漏气
B．将红磷改为蜡烛再重做实验
C．实验中红磷的量可能不足，没有将瓶内氧气完全消耗
D．反应后未冷却至室温就打开止水夹，使进入瓶内水的体积减少
【练2-2】如图所示，在一个具有刻度和可以左右滑动的活塞的
玻璃容器里放入白磷（足量），活塞左端管内密封有空气，右端
的管口跟空气连通。将玻璃容器固定在盛有80℃热水（恒温）的
烧杯上，进行实验（白磷被加热到40 ℃时即能着火燃烧）。试回答：
（1）实验过程中可观察到：白磷燃烧，产生 ，活塞先向右移动
（白磷燃烧放热使气体膨胀），燃烧停止冷却后再向左移动，最终停在刻度 处。
（2）由此实验可以得出，空气中氧气的体积约占空气体积的 。
【练2-3】如图是“空气中氧气体积分数测定“实验的改进装置．主要
操作是：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，再按
如图连好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．（提示：白磷与
红磷化学性质类似，在40℃就能够燃烧也生成五氧化二磷）下列说
法正确的是（ ）
①该实验中白磷燃烧产生大量白色烟雾
②整个实验过程中集气瓶内水面的现象是先下降后上升
③若集气瓶中无水，则导致实验最后产生的实际值偏小
④最终集气瓶中液面上升了70ml
⑤该实验还可得出剩余气体不可燃烧也不支持燃烧
A ③④ B ②⑤ C ①③⑤ D ②④
专题三：空气的组成
19世纪以前，人们都一直认为空气中仅含由氧气和氮气。后来才陆陆续续发现了氦、氖、氩、氪、氙、氡等稀有气体。目前已经能精确测定空气成分。通过实验测定，空气中各成分的体积分数如下表：
成分 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳 其他
体积分数 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03%
注意：
①空气中各气体的含量是体积分数，不是质量分数。
②空气是一种混合气体，组成比较固定，特别是氧气、氮气、稀有气体的成分几乎不变，但个别地区略有不同。
巧记口诀：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，莫与质量混一体；化学计算常用到，时刻牢记在心底。
空气是一种宝贵的资源，空气中各种成分作为原料广泛的用于生产化肥，化工产品，炼铁，石油加工等领域。是人类生产活动的重要资源。
1、氧气
物理性质：无色无味，不易溶于水
化学性质：支持燃烧，供给呼吸
用途：供给呼吸，炼钢，医疗急救，气焊，气割以及化工生产和航空航天。
2、氮气
物理性质：无色无味，不溶于水
化学性质：不活泼（很难与其他物质发生反应）
用途：制造硝酸和化肥的重要原料，由于化学性质不活泼常用作保护气，医疗上用液氮作麻醉剂，还可以用作超导材料。
3、稀有气体
稀有气体是指氦、氖、氩、氪、氙、氡的统称。
物理性质：无色无味，通电时能发出不同颜色的光。
化学性质：很不活泼
用途：用作航标灯，霓虹灯，闪光灯的光源，激光技术和医疗麻醉。
【例3-1】下列关于空气成分的说法正确的是(　　)
A．空气是一种单一的物质
B．空气中含量最多的气体是氮气，氮气的质量约占空气质量的78%
C．一般情况下，空气的成分是比较固定的，主要由氮气和氧气组成
D．空气中只含有氮气和氧气
【例3-2】空气中含量较多且化学性质不活泼的气体是（　　）
A．氧气 B．氮气 C．水蒸气 D．二氧化碳
【例3-3】关于稀有气体的叙述中，错误的是（　 ）
A.通电时发出有色的光 B.都是无色无味的气体
C.不和其他物质发生化学反应 D.在空气中的含量为0.94%
【练3-1】下列关于空气的说法中错误的是（　　）
A. 空气是人类宝贵的自然资源 B. 空气中的氮气常用作保护气
C. 空气中的稀有气体常用作灭火剂 D. 空气中的氧气主要来自植物的光合作用
【练3-2】小林从冰箱里拿出冰冻的饮料，用干布擦净瓶外壁的水，放置于桌面片刻，发现瓶外壁又挂满水珠，这说明空气中有（　　）
A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气
【练3-3】下列关于空气的说法中，错误的是（　　）
A．空气中含有少量稀有气体，它们可以制成多种用途的电光源
B．空气中分离出的氮气化学性质不活泼，食品包装中充氮气可以防腐
C．空气中的氧气化学性质比较活泼，在一定条件能与许多物质发生反应
D．按质量计算，空气中约含氮气78%、氧气21%、稀有气体等成分1%
专题四：混合物和纯净物
像空气这样由两种或两种以上物质混合而成的物质叫混合物。氮气，氧气，二氧化碳等只由一种物质组成的叫纯净物。
物质 纯净物 混合物
概念 只由一种物质组成的物质叫纯净物 由两种或两种以上的物质混合而成的物质叫混合物（彼此之间不发生反应）
区别 ①一种物质 ②有固定的组成，可以用化学式表示 ③有固定的性质（如固定的熔点、沸点等） ①含两种或两种以上的物质 ②没有固定的组成，不能用化学式表示 ③无固定性质（熔点、沸点随杂质的多少而发生变化）
举例 氧气、氮气、二氧化碳、蒸馏水等 空气、盐水、糖水、矿泉水、铝合金、酱油等
联系
特别提醒：
状态不是区分纯净物和混合物的标准，如冰水混合物，是一种物质的两种状态，所以是纯净物。
【例4-1】以下的“水”属于纯净物的是（ ）
A．雨水 B．矿泉水 C．海水 D．蒸馏水
【例4-2】指出下列哪些是混合物___________（填序号，下同），哪些是纯净物_____________。
①净化后的空气 ②二氧化碳 ③液态氧 ④澄清石灰水 ⑤稀有气体 ⑥五氧化二磷 ⑦水 ⑧食醋 ⑨加碘食盐
【例4-3】下列物质中属于混合物的是（ ）
A．氧气 B．氮气 C．空气 D．五氧化二磷
【练4-1】下列物质属于纯净物的是（ ）
A．自然界的水 B．人呼出气体 C．二氧化碳气体 D．洁净的空气
【练4-2】下列说法不正确的是（ ）
A．将铁粉和硫粉混合后，铁和硫的化学性质发生了改变
B．混合物没有固定的组成
C．纯净物有固定的组成
D．纯净物可以用专门的符号表示其组成
【练4-3】下列物质中，①海水 ②洁净的空气 ③过氧化氢溶液 ④液氧 ⑤加碘食盐 ⑥冰水混合物⑦二氧化碳 ⑧稀有气体 ⑨人呼出气体 ⑩密闭容器内红磷燃烧后剩余的气体
其中属于混合物的是____________________（填序号，下同），属于纯净物的是____________
专题五：空气污染与防治
1、大气污染物、污染源
（1）污染物：可吸入颗粒物，二氧化氮，二氧化硫，一氧化碳等
（2）污染源：工厂废气——含多种有害气体
汽车尾气——含一氧化碳、二氧化氮等
煤、石油、天然气燃烧产物——烟尘、二氧化氮、二氧化硫
2、空气污染的危害
被污染的空气会严重损害人体健康，影响植物生长，损坏地面建筑，造成臭氧空洞，产生温室效应形成酸雨，破坏生态平衡等。
（1）温室效应：大气中二氧化碳含量过高，使全球变暖
（2）酸雨：大气中二氧化硫等气体过多引起
（3）臭氧空洞：氟利昂，飞机尾气等引起臭氧的消耗
（4）PM2.5：是直径小于2.5微米的颗粒物
3、防止空气污染的措施：①加强大气质量监测
②减少化石燃料的使用，多利用清洁无污染的能源
③工厂废气处理后排放，汽车安装尾气净化装置
④积极植树、造林、种草等
4、空气污染指数
空气污染指数包括可吸入颗粒物和一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧。
【例5-1】下列物质不属于空气污染物的是（　　）
A．二氧化硫 B．一氧化碳 C．氮气 D．可吸入颗粒物
【例5-2】2月29日，新发布的《环境空气质量标准》中增加了PM2.5监测指标．PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，对人体健康影响甚大，主要来源之一是化石燃料的燃烧．下列措施能减少PM2.5污染的是（　　）
A．鼓励开私家车出行 B．鼓励使用太阳能热水器
C．鼓励用煤火力发电 D．鼓励用液化石油气作燃料
【例5-3】雾霾是一种灾害性天气．下列与形成雾霾无关的是（　　）
A．水力发电 B．汽车尾气 C．工业扬尘 D．焚烧秸秆
【练5-1】2022年北京、张家口将联合举办冬奥会，为办成绿色奥运会，下列措施不可行的是（　　）
A．发展公共交通，提倡绿色出行 B．增加使用太阳能、核能等新能源
C．改进燃煤锅炉烟囱，将废气排到高空 D．改进燃煤技术，减少SO2与粉尘排放
【练5-2】今年的6月5日是世界第45个“世界环境日”，我国今年的主题是“改善环境质量，推动绿色发展”．下列做法不符合这一主题的是（　　）
A．增加植树造林面积
B．实行垃圾分类和回收
C．将农田中产生的秸秆就地焚烧
D．出行方式尽量采用步行、骑自行车或乘公交车
【练5-3】2016年“世界地球日”活动主题为“节约集约利用资源，倡导绿色简约生活”，下列说法不符合主题要求的是（　　）
A．回收废旧电池，节约金属资源、减少环境污染
B．采用“绿色化学”生产工艺，提高原料运用率
C．大力发展新能源，禁止使用化石燃料
D．生活垃圾分类回收，合理利用，减少污染
课后作业
1、下列有关空气及其成分的说法中不正确的是（　　）
A．空气污染物包括有害气体和烟尘
B．空气中分离出的氮气可用于食品防腐
C．许多物质能在空气中燃烧说明氧气的化学性质比较活泼
D．空气中含量最多的气体是氧气
2、按体积计算，空气中含量最多的是（　 ）
A.氧气 B.氮气 C.稀有气体 Ｄ．水蒸气
3、空气中含量较多且性质比较活泼的气体是（　 ）
　Ａ．氧气　　　Ｂ．氮气　　　　Ｃ．二氧化碳　　　Ｄ．水蒸气
4、关于稀有气体的叙述中，错误的是（　 ）
A.通电时发出有色的光 B.都是无色无味的气体
C.不和其他物质发生化学反应 D.在空气中的含量为0.94%
5、右图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量的水，并做上记号，下列说法中不正确的是（　 ）
A.该实验说明空气中氧气约占1/5的体积 B.实验前一定要检查装置的气密性
C.红磷燃烧产生大量的白雾 D.实验时红磷一定要足量
6、下列物质属于纯净物的是（ ）
A．冰水 B．海水 C．盐水 D．雨水
7、在我国的许多城市里，空气质量监测的指标主要包括（　 ）
①悬浮颗粒（粉尘）②氧气③二氧化碳④一氧化碳⑤氮气⑥二氧化硫⑦稀有气体⑧氮的氧化物（二氧化氮）
A.①④⑥⑧ B.②④⑦ C.③④⑥ D.①②③④
8、下列关于空气的说法中错误的是（　　）
A. 空气是人类宝贵的自然资源
B. 空气中的氮气常用作保护气
C. 空气中的稀有气体常用作灭火剂
D. 空气中的氧气主要来自植物的光合作用
9、化学反应是一把双刃剑，它对人类社会的进步与发展有利有弊，下列属于化学反应对人类有弊的一个是（ ）
A.提高生活质量 B.“神州六号”进入太空
C.大量燃烧含碳的燃料 D.提倡使用清洁能源
10、采用燃烧的方法除去密闭容器中空气里的氧气，以测定空气中氧气的含量，选用下列哪种物质最为适宜（ ）
A.红磷 B.硫磺 C.木炭 D.铁丝
11、2013年6月9日，“八国集团首脑会议”一致同意减少温室气体的排放。请你根据空气的组成回答下列问题：
（1）在物质的分类中空气属于_____________________（填“纯净物”或者“混合物”）。
（2）在空气的成分中，制造化肥并可以做保护气体的是_____________________；能供给人类呼吸的是_____________________；温室气体是指_____________________。　
（3）稀有气体可以做焊接金属的保护气，是利用了稀有气体的_____________________。　
12、某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图。
该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记；
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞；
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹。
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是　　 　　　　。
（2）步骤②集气瓶中的现象是　　　　 　　，其反应的文字表达式为　　　 　　　；步骤③中打开止水夹后观察到的现象是　　　　 　 　，由此可得出空气中氧气的体积约为空气总体积的　　　　　　。
（3）该实验可推论出氮气　　　　（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质　　　　（填“活泼”或“不活泼”）的结论。
（4）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？　　　成功，原因是　　　　　 　　　　　。

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