资源简介

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感受化学魅力
探寻化学之美
我们周围的空气
第四单元
第一节
空气的组成
目
录
CONTENTS
1
通过测定空气中氧气含量的实验认识空气的组成，学习从混合气体中除去某种气体进而测定其含量的方法
2
了解空气是一种重要的资源，空气中各成分的性质及用途
感受化学魅力
探寻化学之美
重点：设计实验测定空气中氧气的含量，空气各成分性质及用途
难点：从混合物中除去某种气体从而测定其含量的实验设计
3
了解空气污染的危害，认识空气质量报告，增强环保意识和责任感
空气是我们再熟悉不过的了，我们每天都呼吸着空气，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有重要影响。
课堂导入
定量认识空气的组成
一、
空气是混合气体，成分的微小变化会对人类的生存产生巨大的影响。
探究新知
空气的成分
空气是一种含有多种单质和多种化合物的混合物 。
干燥洁净空气的成分
（体积分数约数）
氮气
（约78％）
氧气
（约21％）
氩气 约0.934％
二氧化碳 约0.038%
其他气体 约0.002%
空气成分的测定
拉瓦锡将银白色的液态汞(Hg)放在密闭的容器里连续加热
12天，发现一部分汞变成红 色粉末，同时容器里空气的体积差
不多减少了约16%。他又研究了剩余的那部分空气，发现这部分
空气既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他认为这部分气体都
是氮气（拉丁文原意是“不 火炉能维持生命”）。
拉瓦锡又把汞表面生成的红色粉末收集来，放在一个较小的容器里再加热，又得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。这样，拉瓦锡首次测定出了空气中氧气和氮气的大致含量。
科学史话
拉瓦锡测定空气成分的实验
1.拉瓦锡测定空气成分的实验为什么选择在密闭容器中进行？
观察思考4-1
为了保证测试结果的准确性和可重复性。如果测试时的空气含量不
稳定，测定的结果难以得到准确的数值。
2.加热条件下，汞与氧气化合生成氧化汞。拉瓦锡选择金属汞作为
反应物有什么优点？
汞在加热的条件下，只和氧气反应，汞蒸气与氧气反应接触面积
大，反应充分 。汞为液态，在汞槽中起到液封的作用，并能直接用来测定反应容器内压强的变化 。生成的氧化汞分解又能得到汞和氧气，把得到的氧气加到剩下的 4/5 的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。
3.通过观察哪些现象、测量哪些数据就可以判断出
空气中氧气的含量？
（1）观察加热前后汞、红色粉末（氧化汞）的状态、颜色变化；
（2）测量密闭容器中空气的体积、反应后容器内气体体积、反应
消耗的气体体积。
拉瓦锡测定空气成分的实验原理：
拉瓦锡的实验是依据空气混合物中各组分性质的差异，利用化学反应，在不引入新的气态杂质的前提下，将氧气转化为固态的氧化汞(HgO)，从而达到测定空气中氧气含量的目的。
汞+氧气 氧化汞 氧化汞 汞+氧气
加热
加热
活动探究4-1
测定空气中氧气的含量
【实验药品的选择】
1.所选的反应物只能与空气中的氧气反应
2.反应后生成物必须为固体
a.金属铜在空气中只与氧气反应，生成固体氧化铜
b.红磷（或白磷）在空气中只与
氧气反应，生成固体五氧化二磷
满足条件
c.汞有毒且耗氧反应时间较长
d.铁吸氧生锈，反应较慢
符合条件的常见药品：铜、红磷（或白磷）、汞、铁
【实验原理及装置】
在加热的条件下，铜粉跟空气中的
氧气完全反应，生成固体氧化铜，
而又不产生新的气体，从而使密闭
装置内空气的体积减少，减少的体
积即为空气中氧气的体积。
铜 + 氧气 氧化铜
加热
Cu O2 CuO
(红、固) （黑、固）
1.将一支硬质玻璃管注满水(两端用橡皮塞封住)，然后打开上端橡皮塞，将水倒入量筒中，记录体积。
2.如图4-4所示，在另一支干燥的硬质玻璃管中装入铜粉，两端塞上带玻璃导管的橡皮塞，其中一端用气球密封。移动注射器活塞，在注射器中留存一定体积的气体，记录体积后与硬质玻璃管另一端密封连接。根据酒精灯的高度，将玻璃管固定在铁架台上。
3.用酒精灯在铜粉部位加热，加热时多次缓慢推拉注射器。
4.停止加热后，待玻璃管冷却至室温，将气球内的气体全部挤出。待注射器活塞稳定后，记录注射器中气体的体积。
【实验步骤】
【实验现象及结论】
（1）红色固体变为黑色
（2）冷却后，注射器活塞向里移动
铜粉-红色 氧化铜-黑色
装置内气体减少，气压变小，注射器活塞向里移动，减少的气体体积就是氧气的体积
现象
氧气约占空气体积的1/5（或21%）
结论
氧气
（21％）
【实验反思】
④冷却到室温读数。
①装置不漏气；
②铜粉足量且反应时间足够；
③用酒精灯小心均匀的加热药品部位并不断推拉注射器的活塞；
⑤实验结束, 将气球内的气体全部挤出,待注射器活塞稳定后再开始读数
若不满足会使实验结论偏大
若不满足会使实验结论偏小
稀有气体的发现
很长一段时间人们普遍认为空气中除了少量水蒸气和二氧化碳之外，其余的就是氧气和氮气了。1892年，物理学家瑞利(L.J.W.Rayleigh，1842—1919)利用灵敏度达0.0001g的天平，在长达10年的气体密度测量工作中，发现了从空气中分离得到的氮气密度(1.2572g/L)与分解含氮物质得到的氮气密度(1.2508g/L)之间总是有微小的差异。瑞利没有放过这一微小的差异，他与化学家拉姆齐(W.Ramsay，1852—1916）合作，先是仔细去除空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气和氮气，然后利用分光镜观察剩余气体的光谱线，终于发现在空气中还存在着氩气。在以后的几年里，拉姆齐又通过分离液态空气和光谱法陆续发现了氪、氖、氨、氙。
稀有气体是从气体密度测量结果里的微小差异中发现的，因此被称为“第三位小数的胜利”，这是科学家们严谨求实、勇于质疑、不懈探索的结果。1904年，瑞利和拉姆齐因为在稀有气体发现中的杰出贡献分别荣获诺贝尔物理学奖和化学奖。
科学史话
★关注细节，不忽视“异常”现象
二、
空气不仅是生命赖以生存的物质基础，还是人类生产活动的主要资源，
空气中的各成分具有广泛的用途。
空气是一种重要资源
分离液态空气
空气 液态空气 氩气
氮气（沸点较低）
（降温）
氧气（沸点较高）
（加压）
（蒸发）
装在不同颜色的钢瓶中
氧气的用途
(1)供给呼吸
钢铁冶炼
卫星发射
(2)支持燃烧
金属焊接
医疗急救
宇宙航行
氮气的用途
氮气在通常状态下是一种无色、无味的气体，难溶于水。化学性质稳定，不可燃，不助燃，不供呼吸。
化学性质稳定
在一定条件下，也能和其它物质发生化学反应
焊接金属
的保护气
灯泡充氮延长使用寿命
食品中充氮以延长保存时间
制造硝酸和化肥的重要原料
液氮是医疗的冷冻剂
稀有气体的用途
通常条件下，稀有气体几乎不与任何物质发生化学反应，因此常用作生产和科学实验的保护气，如灯泡中充稀有气体以使灯泡耐用；稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，
可制成多种
用途的电光
源，如闪光
灯，霓虹灯
等。
氩弧焊又称氩气体保护焊
三、
随着人类活动的增加，空气中的有害气体和烟尘的含量不断升高，导致空气质量下降。
关注空气质量
活动探究4-2
探究不同气体样本中二氧化碳含量的差异
实验 样本气体来源 实验现象 实验结论
1 商场中的空气
2 自己呼出的气体 3 树林中空气 最后变浑浊
第二个变浑浊
首先变浑浊
商场空气中二氧化碳含量最高，其次是自己呼出气体，树林空气中二氧化碳含量最低
将各种气体样本分别通入等量澄清石灰水中：
二氧化碳
检测仪
认识空气质量报告
城市 空气质量指数 首要污染物 空气质量指数级别 空气质量指数类别
A 90 PM10 二级 良
B 118 SO2 三级 轻度污染
C 335 PM10 六级 严重污染
D 44 ━━ 一级 优
E 185 PM10 四级 中度污染
F 91 O3 二级 良
G 75 SO2 二级 良
思考：（1）空气质量报告的主要内容是什么？
（2）空气质量指数级别与空气质量状况存在什么关系？
a.植树造林
b.不烧散煤，改烧型煤
c.对工厂产生的废气处理后再排放
d.将煤进行脱硫处理,不产生二氧化硫
e.使用洁净能源。例如：太阳能、水
能、潮汐能、电能、地热能、风能等
………
空气污染的防治
1.为了防治大气污染，打赢蓝天保卫战，下列做法不提倡的是（ ）
A.积极植树造林 B. 使用清洁能源
C. 直接排放废气 D. 公共交通出行
C
课堂达标
2.下列不属于空气质量指数（简称AQI）中污染物监测范畴的是（　　）
A．CO B．SO2
C．N2 D．PM2.5
C
课堂达标
3.人类每时每刻都离不开空气，其中能供给呼吸和支持燃烧的气体是（ ）
A.氮气 B. 氧气
C. 稀有气体 D. 水蒸气
B
课堂达标
4.下列有关空气的说法正确的是（　　）
A．洁净的空气属于纯净物
B．工业分离液态空气时发生化学变化
C．食品在空气中因与氧气发生缓慢氧化而变质
D．空气中的二氧化碳含量过高不会对环境造成影响
C
课堂达标
5.空气中下列各成分所占的体积由小到大的顺序是（ ）
①氧气 ②氮气 ③二氧化碳 ④稀有气体
A．③④①② B．④③①②
C．②①④③ D．①③②④
A
课堂达标
6.用如图装置进行实验，实验结束后，瓶内剩下的气体主要是（　　）
A．氮气 B．氧气
C．稀有气体 D．二氧化碳
A
课堂达标
7.化学兴趣小组设计如图所示的装置测定空气中氧气的含量，胶头滴管中的水滴入生石灰一段时间后，试管内的白磷（白磷的着火点为40℃）开始燃烧，待白磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧
夹。下列关于该实验的说法错误的是（　　）
A．试管中的细沙可防止试管炸裂
B．胶头滴管中的水和注射器中的水作用相同
C．若实验测得氧气的体积分数偏低，可能是试管中白磷的量不足
D．若注射器中水最终减少了10mL，则空气中氧气的体积分数约为20%
课堂达标
B
课堂达标
8.某同学用如图所示装置测定空
气中氧气的含量，下列做法或分
析中，错误的是( )
A.该实验要求装置不能漏气
B．待装置冷却至室温后再读数
C．将铜粉改为木炭，也能测定出空气中氧气的含量
D．为充分耗尽空气中的氧气，铜粉的量要充足
C
课堂达标
9.测定空气中氧气的含量
（1）实验原理：利用红磷或白磷燃烧消耗 ，生成白色固体 ，从而使容器内压强 ，打开止水夹后，水进入容器内。进入容器中的水的体积，可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。
（2）实验装置：
（3）反应原理(符号表达式)： 。
（4）实验现象：红磷（或白磷）燃烧，生成大量 ，水进入集气瓶（或试管）且进入集气瓶（或试管）的水的体积约占空气体积的 。
（5）实验结论：氧气约占空气体积的 。
空气中的氧气
五氧化二磷
减小
白烟
1/5
1/5
P+O2点燃P2O5
课堂达标
10.建构合理的思维模型，既能促进深度学习，又能提高思维品质。小科建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型：
运用该模型对教材中“测定空气中氧气的含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其他物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
【探究一】根据沸点低的组分先气化的性质，测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气，液氮先气化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的_____________；
分离转移
课堂达标
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测混合物中某组分含量。
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是__________________(填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”)；
冷却到室温时
(3)【继续探究】运用上述思维模
型，小科又设计了图乙的实验装置，
其“测定空气中氧气的含量”的原理是
_____________________。
铜和装置中的氧气反应，生成氧化铜
固体，装置内的气体冷却到室温时注射器内减少的体积即为装置内氧气的体积，氧气的体积与反应前装置内的总体积之比即为氧气的含量
知识总结
不良反应
1.空气的成分：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.934%、二氧化碳0.038%、其他气体0.002％；
2.测定空气中氧气的含量
（1）实验原理 （2）实验装置
（3）实验注意事项 （4）实验结论
3.关注空气质量
（1）空气质量报告 （2）空气污染的危害 （3）空气污染的防治
4.混合物成分含量
的测定思维模型
谢谢您的观看
THANKS
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