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第二单元 空气、物质的构成
2.1 空气的成分
课时导入
唐朝诗人李娇写过一首小诗：“解落三秋叶，能开二月花，过江千尺浪，入竹万竿斜。”这首诗描写的是一种自然现象—风，风是无形的，空气流动形成了风。空气是一种什么样的气体？它是由什么组成的？
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知识点
1
1. 拉瓦锡测定空气成分 二百多年前，法国化学家拉瓦锡用实验的方法测定了空气的成分。
空气中氧气含量的测定
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实验装置或内容 实验原理 实验现象 实验结论
实验一 汞+ 氧气
氧化汞
（消耗气体） 部分银白色的液态汞变成红色粉末，气体体积约减少1/5 空气是由氧气和氮气 组成的， 其中氧气约占空气总体积的1/5
实验二 将实验一中生成的红色粉末放在另一较小容器中加强热 氧化汞
汞+ 氧气
（生成气体） 部分银白色的液态汞变成红色粉末，气体体积约减少1/5
加热
加热
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拓展延伸
拉瓦锡是18 世纪法国著名化学家，被誉为“现代化学之父”。他的主要成就是将化学从定性转向定量。由于受当时实验条件的限制，他误认为容器中剩余的气体都是氮气。
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2. 空气中氧气含量的测定
（1）实验装置：如图1 所示。
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2. 实验原理：红磷+ 氧气 五氧化二磷。利用红磷燃烧耗尽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，水倒流入容器内，且进入容器内水的体积即为空气中氧气的体积。
点燃
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3. 实验步骤：
（1）连接装置；
（2）检查装置的气密性；
（3） 在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份；
（4）用止水夹夹紧乳胶管；
（5）点燃燃烧匙中的红磷，迅速插入集气瓶中，塞好胶塞；
（6）反应停止后，待集气瓶冷却至室温，松开止水夹。
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（4） 实验现象：红磷在集气瓶内燃烧，放出热量，产生大量白烟；冷却后，打开止水夹，水经导管进入集气瓶，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。
（5） 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：
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结果 因素 误差分析
偏小 ①装置漏气 冷却过程中，外界空气进入集气瓶内，导致进入瓶中的水的体积偏小
②红磷量不足 不能将装置内的氧气消耗完，导致进入瓶中的水的体积偏小
③未待装置冷却至室温就打开止水夹 集气瓶中的气体还处于膨胀状态，导致进入瓶中的水的体积偏小
④导管中没有事先注满水 烧杯中的水经导管进入集气瓶时， 一小部分水滞留于导管中，导致进入瓶中的水的体积偏小
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结果 因素 误差分析
偏大 ①红磷点燃后未迅速伸入集气瓶内或未立即塞上橡胶塞 集气瓶中部分空气受热逸出，导致装置冷却至室温后，进入瓶中的水的体积偏大
②实验前未夹紧止水夹 红磷燃烧过程中，部分空气受热膨胀沿导管逸出，导致装置冷却至室温后，进入瓶中的水的体积偏大
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热点提醒
1. 选用红磷作为反应物，是由于红磷能与空气中的氧气反应，且生成物为固体，能使反应后容器内的气压减小。
2. 实验时， 集气瓶中先放少量水，既可以吸收生成的五氧化二磷固体，又可以吸收热量，使装置较快冷却。
3. 实验时要注意：保证装置气密性良好，塞紧橡胶塞，冷却至室温后才能打开止水夹。
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[模拟·太原] 拉瓦锡利用汞与氧气的反应测定空气中氧气的含量，所用的装置如图2 所示。下列分析不合理的是（　　）
A. 汞与氧气反应的生成物不是气体
B. 实验用到了火炉，推测：汞与氧气的反应需要加热
C. 汞的用量不会影响实验结果
D. 反应结束后，需关闭火炉冷却至室温，
才能测定容器中气体的减少量
C
例1
考向 测定空气中氧气的含量
题型1 拉瓦锡研究空气的成分
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导引：汞与氧气反应的生成物氧化汞是固体；汞与氧气的反应需要加热；实验中汞需足量，目的是将装置内氧气消耗完全；反应结束后，需关闭火炉冷却至室温，防止气体受热膨胀，影响气体减少量的测定。
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知识链接
利用汞和氧气在加热的条件下反应生成氧化汞固体，密闭装置内压强减小，测定空气中氧气的含量。
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[中考·广州] 已知空气中氧气的体积分数约为21%，小兰同学用如图3 所示装置进行验证：
（1）红磷燃烧产生大量________，冷却
后，打开弹簧夹，水进入集气瓶，进入集气
瓶内水的体积约为集气瓶中空气总体积的______。
由本实验还可以推知氮气的哪些性质？试写出其中一条______________________________________________。
白烟
例2
题型2 测定空气中氧气含量的实验误差分析
氮气难溶于水（或氮气不能燃烧、不支持燃烧等）
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（2）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？_____（填“能”或“不能”）；理由是______________________________________________。
（3）实验后发现测得的氧气体积分数小于1/5，请你帮她分析造成这种结果可能的原因（至少答两点）（合理即可）：①______________；②_____________。
不能
炭粉燃烧生成二氧化碳气体，集气瓶内压强基本不变
红磷量不足
装置漏气
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解题秘方：①正确区分“烟”和“雾”，不能混淆；
②比较不同物质的化学性质，如红磷燃烧生成固体，炭粉燃烧生成二氧化碳，生成物为气体；
③根据原理分析不同的操作造成的后果，如红磷量不足，未冷却至室温就打开止水夹等会造成测定结果偏小。
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导引：（1）红磷燃烧生成五氧化二磷固体颗粒，现象为产生大量白烟；空气中氧气约占 ，冷却后，打开止水夹，进入集气瓶内水的体积约为集气瓶中原空气总体积的 ；氮气难溶于水，不燃烧，也不支持燃烧，其化学性质不活泼。
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（2）炭粉燃烧消耗氧气，同时生成二氧化碳气体，集气瓶内压强基本不变，故不能将红磷换成炭粉。
（3）实验后发现测得的氧气体积分数小于 ，造成这种结果可能的原因是：装置漏气，红磷量不足，没有冷却至室温就打开止水夹等。
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教你一招
关于测定空气中氧气含量实验的操作要点，可巧记为：“导管注水要提前，红磷足量是关键；保证装置不漏气，红磷点燃快伸入，塞紧瓶塞等冷却。”
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知识点
2
空气的成分
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易错提醒
1. 稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙、氡等多种气体的总称。
2.空气中各成分的含量是指体积分数，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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水球光学实验中打入的“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，“人造空气”中氧气含量约为
（　　）
A. 78% B. 21% C. 0.94% D. 0.03%
B
例3
考向 判断空气中各成分的含量
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解题秘方：本题可采用知识迁移法解答。“人
造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，氧气约占空气总体积的21%，则“人造空气”中氧气含量约为21%。
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
3
氮气、稀有气体的性质和用途要一一对应记忆：
知3－讲
氮气和稀有气体的性质与用途
性质 用途
氮
气 常温下不易与其他物质发生化学反应 充氮包装、保存食品、充氮灯泡
高温、高能量条件下可与某些物质发生化学反应 制造氮肥、炸药、染料等
在一个大气压下，温度低于-196 ℃就会形成液氮 液氮可用于医疗手术
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性质 用途
稀有
气体 一般不跟其他物质反应 作焊接保护气
通电会发出各种颜色的光 制霓虹灯、用于激光技术
氦气密度小 填充探空气球
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误区警示
氮气和稀有气体作保护气是利用了它们的稳定性，它们的稳定性是相对的而不是绝对的，在一定条件下，氮气和稀有气体也可与某些物质发生化学反应，生成其他物质。
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[中考·重庆] 生产生活中常用氮气作保护气，主要是因为氮气（　　）
A. 无色无味 B. 密度与空气接近
C. 熔沸点低 D. 化学性质不活泼
D
例4
考向 空气中常见成分的性质及用途
题型1 氮气的性质和用途
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解题秘方：该题利用物质的性质决定用途的思想解答。氮气在低温、常温下化学性质比较稳定，可作灯泡的填充气，粮食的保护气。
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拓展视野
某些潜水员潜水时，背的钢瓶中装的是一种特殊的“空气”。即将普通空气中的氮气除去，把氧气和氦气按照一定的体积比混合。为什么要用氦气代替氮气呢？经研究发现：当潜水员潜入海底时，压强增大，吸入人体中的氮气随着压强的增大，大量溶解在人体的血液中，当潜水员从深海处上升时，溶解的氮气会释放出来形成气泡，对微血管起阻塞作用，引起“气塞症”。而氦气溶解的很少，可避免“气塞症”的发生。
知3－练
知3－练
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下列有关稀有气体说法错误的是（　　）
A. 稀有气体曾被称为“惰性气体”，说明它的性质不活泼
B. 填充稀有气体可以使灯泡经久耐用
C. 稀有气体不与任何物质发生化学反应
D. 利用氦气密度小且较为稳定，用来填充探空气球
C
例5
题型2 稀有气体的性质和用途
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解题秘方：根据稀有气体的“惰性”判断其性质
不活泼，故可作保护气，如填充入灯泡以隔绝氧气；利用氦气密度小且较为稳定，来填充探空气球，不会发生危险。
教你一招：运用顺口溜法认识稀有气体的性质及用途，即“空中稀气量不多，无色无味性懒惰；常见用途电光源，化学性质不活泼”。稀有气体化学性质不活泼，在一般情况下不能与其他物质发生化学反应，但并不是说不能与任何物质发生化学反应。
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知识点
4
1. 概念
混合物是由两种或两种以上的物质组成的；纯净物只由一种物质组成。
2. 混合物中各种成分的含量可以不是固定的，但它们各自保持着自己单独存在时的化学性质，纯净物有固定的组成和性质。
混合物和纯净物
知4－讲
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3. 绝对纯净的物质是不存在的，纯净物只是纯度相对较高的一些物质。
易错提醒
带有“混合”文字的物质不一定是混合物，如冰水混合物属于纯净物；带有“洁净”文字的物质也不一定是纯净物，如洁净的空气属于混合物。
知4－讲
知4－练
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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5
考向 辨别纯净物和混合物
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解题秘方：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。
知4－练
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误区警示
区分纯净物、混合物的标准：所含物质的种类，只含一种物质的为纯净物，但实际生活中，绝对纯净的物质是没有的，通常把含量较高、杂质很少的物质视为纯净物；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。
知4－练
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知识点
5
1. 空气污染的来源
空气污染大多是由人类活动造成的，如工业污染、交通污染和生活污染等，导致空气中含有过多的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物和可吸入颗粒物等有害物质。
注：PM2.5 粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大，是空气质量监测的主要对象之一。
空气的污染和防治
知5－讲
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2. 空气污染的危害
知5－讲
空气污染的危害 损害人体健康
影响植物生长
损坏地面设施
破坏文物古迹
导致地球生态平衡失调等
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3. 空气质量日报
（1） 主要包括三项内容：首要污染物、空气质量指数、空气质量指数级别。
（2） 列入空气质量监测标准的项目定为可吸入颗粒物（粒径小于等于10μm，称为PM10）、细颗粒物（粒径小于等于2.5μm，称为PM2.5）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳和臭氧。
（3） 根据监测结果确定空气质量指数，空气质量指数级别划分为6 级，级别越高，空气质量越差。
知5－讲
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4. 防治空气污染的措施
（1）工厂废气必须经过除尘、除污处理；
（2） 煤炭应综合利用，减少直接以煤为燃料，改用气体燃料；
（3）倡导“低碳经济”，发展水电、核电，改变能源结构；
（4）植树造林等。
知5－讲
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误区警示
1.二氧化碳虽能导致地球“温室效应”，但二氧化碳不是大气污染物，因为植物的光合作用需要二氧化碳。
2．空气质量日报主要包括：首要污染物、空气质量指数、空气质量指数级别。其中空气质量指数级别越高，空气质量越差。
知5－讲
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[中考·赤峰] 下列物质没有被列入空气质量监测项目的是（　　）
A. 二氧化硫 B. 臭氧 C. 细颗粒物 D. 稀有气体
D
例7
考向 了解空气污染
题型1 识别空气污染物
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解题秘方：熟记常见空气污染物是解答本题的关键。二氧化硫、臭氧、细颗粒物属于空气污染物，是列入空气质量监测的项目；稀有气体是空气的成分之一，不属于空气污染物，没有列入空气质量监测项目。
知5－练
感悟新知
教你一招
造成空气污染的物质都是对人体有害的。空气中本身含有的成分，如氮气、氧气、二氧化碳、稀有气体都不属于空气污染物。
知5－练
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[中考·宜宾] 空气是一种宝贵的自然资源，下列措施中，不利于提高空气质量的是（ ）
A. 开发新能源代替化石燃料
B. 改进汽车尾气的净化技术
C. 节假日燃放烟花爆竹
D. 控制PM2.5 的排放以减少雾霾天气
C
例8
题型2 了解空气污染的防治措施
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导引：空气污染主要是由有害气体和可吸入颗粒物造成的，它们主要来自于化石燃料（如煤、石油等）的燃烧、工厂排放的废气、汽车排放的尾气、建筑粉尘等，因此开发新型环保能源，改进汽车尾气的净化技术，控制PM2.5的排放都可以提高空气质量，而燃放烟花爆竹会产生有害气体，造成空气污染，不宜提倡。
知5－练
感悟新知
教你一招：寻找空气污染的防治措施时，首先要弄清引起空气污染的原因，再对症下药。若是化石燃料的燃烧和工厂废气的排放造成空气污染，则对应的防治空气污染的措施有：减少化石燃料的燃烧（如使用新能源、脱硫煤等），工厂废气处理达标后再排放，植树造林等。
知5－练
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PM2.5指大气中直径小于或等于2.5 μm的细颗粒物，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中停留时间长，输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响很大。PM2.5主要来源于燃煤、秸秆焚烧、机动车尾气、餐饮油烟、建筑施工扬尘等。
知5－练
课堂小结
空气的成分
混合物和纯净物
空气污染的
危害和防治
实验法
氧气含量的测定
氮气和稀有气体
的性质与用途

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