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课题1 我们周围的空气
第1课时 空气的组成
教学目标 1.了解空气的主要成分。2.了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途。3.初步认识纯净物和混合物的概念。
重点和难点 重点：空气的组成、纯净物和混合物。难点：空气中氧气含量的测定。
◆知识点一 空气的组成
1.拉瓦锡研究空气成分的实验
法国化学家 最早用定量的方法研究了空气的成分。
拉瓦锡利用该装置进行实验，研究并得出空气由氧气和氮气组成。
实验一：汞与氧气反应 实验二：氧化汞受热分解
实验步骤 把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天 将汞表面所生成的 粉末收集起来,放在另一个较小的容器里加强热
实验现象 部分银白色的液态汞变成 粉末，同时容器里空气的体积约减少 红色粉末变成银白色液体和无色气体,所得气体的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积
反应原理 汞+氧气氧化汞 氧化汞汞+氧气
实验结论 空气由 和 组成，其中氧气约占空气总体积的
2.空气中氧气含量的测定
实验装置 ①仪器：集气瓶、燃烧匙、玻璃导管、烧杯、弹簧夹、胶皮管;②药品：红磷、水。
实验原理 利用红磷燃烧消耗密闭容器中的 ，使密闭容器内压强 ，在大气压的作用下，进入容器内水的 即为减少的氧气的体积。反应的文字表达式 P O2 P2O5
实验步骤 ①连接装置， ;②在集气瓶内加入少量水后，将水面上方空间分为 等份;③用弹簧夹夹紧胶皮管;④点燃红磷后， 集气瓶内并把塞子塞紧;⑤燃烧结束装置 后，打开弹簧夹。
实验现象 ①红磷燃烧，产生 ;②冷却至室温后，打开弹簧夹，烧杯中的水经导管流入集气瓶，且流入水的体积约占集气瓶内原有空气体积的。
实验分析 红磷在空气中燃烧是红磷与空气中的氧气反应，生成一种叫做 的新物质。生成的五氧化二磷为固体，溶于水且几乎不占有体积，燃烧消耗了集气瓶内的氧气，使瓶内气体减少，压强减小。冷却至室温后，外界大气压把烧杯内的水压进集气瓶，压入的水的体积约等于集气瓶内消耗的氧气的体积
实验结论 ① ；②剩余气体主要为氮气，氮气 。
1.实验结果误差分析误差分析原因影响因素测量结果偏小进入瓶中的水的体积偏小 ，导致反应结束后，外界空气进入装置中 ，不能将装置内的氧气消耗完全 ，集气瓶中气体还处于受热膨胀状态，压强变化不明显测量结果偏大进入瓶中的水的体积偏大 ，使集气瓶中部分气体受热逸出 ，使部分空气受热膨胀沿导管逸出2.利用燃烧法测定空气中氧气的含量时,选择的反应物应具备两个条件：（1）该物质在空气中能 且只与 反应。如不能选用铁、镁等，因为铁在空气中难以燃烧，镁在消耗氧气的同时还会与氮气、二氧化碳反应。（2）该物质燃烧后的生成物应为 或 ，所占的空间体积可忽略不计。如不能选用硫、木炭等，因为硫和木炭燃烧后会生成气体。红磷燃烧产生的是 ，不是 。
3.空气的组成
空气中各气体成分的含量如表所示∶
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
（1）空气中各气体成分的含量用 分数（体积占比）表示，而 质量分数（质量占比）。（2）空气中各气体成分的含量一般来说是比较 的，但不是一成不变的。在不同地区或同一地区的不同时间，空气中各成分的含量也可能有所不同。（3）空气是 物，主要由氧气与氮气组成，二者体积比约为 (1:4)。
即学即练
1．关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是
A．实验中汞需要足量 B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉
C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气 D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小
2．如图装置常用来测定空气中氧气含量。下列对该实验的认识错误的是
A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5
B．实验时红磷一定要过量，耗尽氧气
C．实验前一定要检查装置的气密性
D．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
3．空气是一种混合物。洁净的空气中含量较高且化学性质不活泼的是
A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气
◆知识点二 混合物和纯净物
分类 混合物 纯净物
概念 由 或 的物质混合而成，组成不固定 只由 物质组成，组成固定
表示方法 没有固定组成，不能用化学符号表示 可用化学符号表示，如氮气可用 N2表示
性质 有固定的 和 组成混合物的各种成分保持它们
举例 空气，自然界的水，如河水、湖水、海水、雨水等 氮气、氧气、二氧化碳、蒸馏水等
关系 纯净物混合物
说明 纯净物是相对而言的，自然界不存在 纯净的物质，我们所说的纯净物是指含杂质很少的 物质
①物质的成分与状态 。例如冰和水是相同物质的两种状态，把它们混合在一起还是一种物质，属于纯净物。②区分混合物与纯净物的关键是看其物质组成成分。带有“混合”字眼的物质 是混合物，带有“洁净”“清洁”字眼的物质 是纯净物。如冰水混合物是纯净物，洁净的空气是混合物。也不能被物质名称误导。如五氧化二磷是纯净物，不能认为代表“氧”“磷”两种物质。
即学即练
1．下列物质属于混合物的是
A．液态氧 B．洁净的海水 C．冰水混合物 D．氧化镁
重难点一 特殊装置测定空气中氧气的含量
1.测定空气中氧气含量的改进装置
方法一：测量进入容器内水的体积或容器内水的体积变化 方法二：利用刻度测量密闭容器内气体体积的减少量
常见装置
反应原理 红磷、白磷燃烧产物相同，文字表达式均为
现象分析 ①玻璃钟罩内水面上升，最终上升的水的体积约占反应前其内空气总体积的 ；②通电后，白磷燃烧，一段时间后左侧水面大约上升至刻度 处；③红磷燃烧，冷却至室温后打开弹簧夹，水进入集气瓶，集气瓶中的水面大约上升至刻度 处 ④白磷燃烧，活塞先向 移动，冷却至室温后，活塞 移大约至刻度 处 ⑤铜粉变 ，冷却至室温后，将气球内的气体全部挤出，注射器内减少的气体体积约为反应前注射器和硬质玻璃管内气体总体积的 ;⑥铜丝变黑，冷却至室温后，两注射器内减少的气体总体积约为反应前两注射器和玻璃管内气体总体积的 。
2.测定空气中氧气含量的数字化实验
（1）数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量(如温度、压强、浓度等)的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。
（2）将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验：
实践应用
1.图1是利用气体压强传感器测定红磷燃烧时集气瓶内气压变化并测定空气中氧气的含量的实验装置。点燃红磷，待红磷熄灭并冷却至室温后，打开止水夹，瓶内气压的变化如图2。下列说法错误的是
A．实验中红磷要足量
B．ac段气压增大是因为红磷燃烧放出热量，使气体膨胀
C．如图2所示，其中表示红磷熄灭的是点
D．若d点时就打开弹簧夹，集气瓶中的上升水位会低于理论的水位高度
考点一 空气中氧气含量的测定
【例1】某校九年级化学兴趣小组的学生测定空气中氧气的含量，完成了以下实验探究。
实验一：利用如图所示装置和红磷进行实验；
实验二：利用如图所示装置和白磷进行实验；
实验三：利用图所示装置并分别使用红磷、白磷和食品脱氧剂来测量空气中氧气的体积分数(图丙实验采集数据如图丁所示)。
【集体讨论】
（1）同学们认为实验开始前都必须检查装置的气密性且药品的用量应保证 。
（2）乙装置中反应的符号表达式为 ，该反应属于 反应（填基本反应类型）。
【分组实验】在讨论的基础上，他们分组进行了实验。
【数据分析】实验结束后，整理数据如下表所示(装置中集气瓶容积均为150mL，并且在瓶中预先装入20mL水)。
组别 1 2 3 4 5
进入集气瓶中水的体积/mL 25 27 26 29 28
（3）大多数同学都验证出氧气约占空气体积的 。实验时装置甲量筒内要装入水的体积应至少 29mL(填“>”、“=”或“<”)。
【反思讨论】
（4）图乙实验相对于图甲实验，其优点有 (写出一条即可，下同)。
（5）根据图丙实验采集数据如图丁所示，同学们分析实验结果，认为用甲装置实验药品最好选用“食品脱氧剂”，其优点是 ；但指导老师认为如果在课堂上进行演示实验时，选择“食品脱氧剂”不是最佳的选择，应当选择“白磷”比较妥当，你认为老师的理由是 。
【实验拓展】
（6）小组的同学做完实验后又尝试用木炭重新做了上述实验，认为不能选用木炭进行实验，其原因可能是 。
【变式1-1】某班同学用如下图所示的装置测定空气中氧气的含量。实验结束后，甲同学的集气瓶内液面上升明显大于瓶内空气体积的，乙同学的集气瓶内液面上升明显小于瓶内空气体积的，下列对这两种现象解释合理的是
①甲同学可能没夹紧弹簧夹 ②甲同学可能没塞紧橡胶塞
③乙同学所用红磷的量可能不足 ④乙同学可能插入燃烧匙太慢
A．①②③④ B．只有①③ C．只有②④ D．只有①②③
【变式1-2】如图为测定空气中氧气含量实验的改进装置，下列说法中不正确的是
A．集气瓶中水液封导管末端以防气体逸出
B．本实验不可以用木炭代替红磷
C．燃烧匙中的红磷需足量，否则测定结果偏小
D．集气瓶的容积是，最终量筒中有水进入集气瓶
【变式1-3】实验小组用下图装置测定空气中氧气的含量。
（1）该实验中红磷燃烧的现象为 ，符号表达式为 。
（2）能说明空气中氧气含量的现象是，打开弹簧夹后水上升至 刻度。
（3）下列操作可能导致测定结果偏低的是_____。(填字母序号，下同)
A．红磷的量不足 B．点燃红磷，慢慢伸入瓶中 C．未冷却至室温就打开了弹簧夹
（4）若用硫粉来替红磷测空气中氧气含量是否可以？若不可，请说明原因 。
（5）反应完后集气瓶中剩余主要气体是 ，该气体的物理性质是 ，化学性质是 。(均写一条即可)
考点二 空气的组成
【例2】文物是历史的见证。保存文物时可用空气中含量最高的气体，该气体是
A． B． C． D．
【变式2-1】鸡蛋气室中的气体来源于空气。气室中含量最高的气体是
A． B． C． D．
【变式2-2】休闲潜水用气罐中一般为压缩人造空气，其成分与周围空气类似，其中含量最多的气体是
A．O2 B．N2 C．H2 D．CO2
【变式2-3】空气的成分中，按体积计算约为78%的是
A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳
考点三 纯净物和混合物的区分
【例3】下列各组物质中，前者属于混合物，后者属于纯净物的是
A．五氧化二磷、氧化汞 B．铁、食盐水
C．矿泉水、豆浆 D．液态空气、二氧化碳
【变式3-1】下列物质中，属于混合物的是
A．冰 B．硫酸铜溶液 C．过氧化氢 D．液态氧
【变式3-2】下列“水”属于纯净物的是
A．海水 B．苏州河水 C．矿泉水 D．蒸馏水
【变式3-3】下列物质中，属于纯净物的是 （填序号，下同），属于混合物的是 。
①人体呼出的气体 ②纯牛奶 ③液氮 ④稀有气体
⑤澄清石灰水 ⑥洁净的空气 ⑦冰水混合物 ⑧红磷
考点四 利用改进装置测量空气中氧气的含量
【例4】拉瓦锡被称为“现代化学之父”，我们要沿着科学家的足迹去探究。
（1）二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，得出结论：空气由氧气和 组成，其中氧气约占空气总体积的五分之一。根据图2资料卡片判断反应物选用汞的优点中不可能的是 。
A．实验过程中没有污染
B．汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽
C．在汞槽中起到液封作用
D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
（2）小强同学对反应物进行优化，采用图3装置进行实验，反应结束后，冷却到室温，打开弹簧夹，注射器活塞理论上应从10mL刻度处缓慢移动至 mL刻度处。
（3）小明对图3实验进行了如图4所示的改进。图4实验中，为了使氧气反应更充分，实验中可采取的措施是 ，若实验后未将气球中气体挤出，会导致测得氧气含量偏 （填“大”或“小”）。
（4）为了更精确的定量了解空气中氧气含量及误差原因，同学们引入数字化传感器按图5装置进行实验，记录并处理数据见图6。B点到F点（温度已降至室温）的实验过程中，从图5装置中可观察到的现象是 。起点A的坐标为（0，20.99），通过数据我们可以直接得出玻璃管内原来空气中氧气的体积百分含量为 ，F点的坐标为（203，4.23），则整个过程中铜粉实际消耗的氧气的体积为 mL（已知玻璃管体积为100mL）。
【变式4-1】微型空气质量检测仪是一种检测空气污染指数的仪器。化学兴趣小组同学利用该仪器检测某工业园区气体的成分（见图①），同时用实验探究的方法测定氧气的含量（见图②），并绘制相关图像（见图③）。集气瓶的内部体积，实验前在集气瓶中预先放入了的水，实验后瓶内水的体积为，分析如图信息，所得结论正确的是
A．①中显示屏上可显示出的含量
B．③中Q点对应的实验操作是打开止水夹
C．②中装置气密性不好会使测量结果偏大
D．该实验测得空气中氧气体积分数是21%
【变式4-2】用如图所示的装置进行空气中氧气体积分数的测定实验（两支玻璃管内径相同，为液面起始高度）。实验前均已关闭。左管燃烧匙中盛有足量白磷，右管盛有水。光照引燃白磷；待白磷熄灭，冷却至室温后打开，至液面不再变化，读出右管中液体的高度为。下列说法错误的是
A．实验前要检查装置的气密性 B．实验可观察到左管产生白烟
C．打开，右管中液面会下降 D．空气中氧气体积分数可表达为
【变式4-3】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“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，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汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。
（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的 。
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。
（2）按如图甲装置测定空气中氧气含量。
【实验步骤】
实验1：按图1所示装置，用白磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。
实验2：按图2所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂（其中辅助成分不干扰实验），利用铁生铁锈（铁能与氧气反应生成铁锈）的原理测定空气中氧气的体积分数。
①实验1中，红磷要足量的目的是 。
②图2装置要测定的数据有 。
③连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图3、图4所示。依据图中信息，实验2的测定方法更准确，判断依据是 。
【继续探究】
（3）运用上述思维模型，同学们又设计了图乙的实验装置。
①请根据某小组提供的实验数据，完成表格：
硬质玻璃管中空气的体积 反应前注射器中空气的体积 反应后注射器中气体体积 实验测得空气中氧气的体积分数（结果精确到1％）
50mL 20mL 7mL
②不同实验小组做上述实验时结果差别较大，其中有些小组测定出空气中氧气的体积分数低于实际数值，请分析导致测定数值偏低的原因是 （答出1点即可）。
基础达标
1．化学史上第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是
A．拉瓦锡 B．侯德榜 C．道尔顿 D．门捷列夫
2．下列物质属于纯净物的是
A．葡萄酒 B．加碘食盐 C．液氧 D．食醋
3．用红磷来测量空气中氧气体积的实验中水进入集气瓶中小于的原因可能是
A．红磷不足 B．红磷过量 C．温度冷却到室温，打开了止水夹 D．装置的气密性良好
4．科学家对火星的大气进行分析，得到下表所示数据
气体 二氧化碳 氮气 氩气 氧气
体积分数/% 95 2.7 1.6 0.13
与地球大气的成分相比，火星大气中含量更低的是
A．二氧化碳 B．氮气和氧气 C．氩气和氧气 D．氮气和氩气
5．如图所示装置测定空气中氧气含量，下列说法正确的是
A．点燃白磷后缓慢地将燃烧匙伸入瓶内，塞紧瓶塞
B．不打开瓶塞，聚焦太阳光引燃足量白磷，实验效果更好
C．用木炭代替白磷不会影响实验结果
D．若实验过程中没有将弹簧夹夹紧，不会影响实验结果
6．用来测定空气成分的方法有很多，小梅用如下图所示的简易装置来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识中，正确的是
A．使用红磷的量多或少，都不会影响实验结果
B．燃烧足够的红磷可使进入钟罩的水占钟罩容器的4/5
C．红磷停止燃烧后，立即观察记录水进入钟罩的刻度
D．红磷燃烧消耗空气中的氧气，使钟罩内压强下降，水面上升
7．液氮是液态的氮气，温度极低，可用于冷冻麻醉等。液氮属于
A．纯净物 B．混合物 C．无法判断 D．稀有气体
8．拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是
A．a点时容器内氮气体积分数为85%
B．密闭容器内b点和c点时的压强一样
C．氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度
D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18%
9．某小组的同学将过量的白磷放入试管中测定空气中氧气含量（如图），则下列说法不正确的是
A．取足量的白磷进行实验是为了减少误差
B．试管中的白磷可以换成硫粉
C．实验结束等装置冷却到室温后才能打开弹簧夹
D．该装置实验的优点是密闭容器中进行，测量结果更准确，污染小
10．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量，下列对该实验的认识中，错误的 是
A．铜粉用量的多少，会影响实验结果
B．气球的作用是调节气压，防止橡皮塞被弹出
C．操作无误的情况下，反应结束后消耗的氧气体积约为反应前注射器中气体体积的
D．实验结束读数时，必须冷却至室温再读数
综合应用
11．某研究性学习小组同学利用所学知识，设计了如图所示装置探究空气中氧气的体积分数。下列说法错误的是
A．闭合电源开关，白磷燃烧产生白烟
B．白磷燃烧生成五氧化二磷
C．反应结束后装置冷却到室温，U型管内左侧液面上升
D．通过这个实验能直接得出空气中氧气的质量分数
12．测定空气中氧气含量的改进实验装置如图，对该实验认识正确的是
A．现象：实验中红磷燃烧，产生大量白雾
B．推论：实验后玻璃管中剩余的气体难溶于水
C．分析：红磷的量不会影响实验结果
D．反思：燃烧匙可以伸入到液面与刻度1之间的位置
13．利用图1装置测定空气中氧气的含量，用压强传感器测定的压强随时间的变化情况如图2所示。下列分析不正确的是
A．图1瓶中红磷燃烧时会产生大量白烟
B．图1中表明氧气含量的现象是瓶中水面上升约至1刻度处
C．图2中a点到 b点是由于反应放热使瓶内压强增大
D．图2中c点前可以打开弹簧夹不影响实验结果
14．现有下列物质：①氮气、②新鲜的空气、③啤酒、④矿泉水、⑤氧气、⑥稀有气体、⑦铁、⑧冰水混合物。
（1）属于纯净物的有 （填序号），再仿写一例： （填名称）。
（2）属于混合物的有 （填序号），再仿写一例： （填名称）。
15．为测定空气中氧气的含量，小华和小强同学设计了两套实验装置：
（1）小华采用图1装置进行实验，下列实验操作，不会对实验结果造成影响的是_______。
A．装置有点漏气 B．红磷的量不足 C．用干燥的白磷代替红磷做实验
（2）用图1做空气中氧气含量测定，集气瓶内预先盛少量水，水在实验中没有起到的作用是_______。
A．加快集气瓶内气体冷却 B．熄灭红磷
C．吸收五氧化二磷 D．防止集气瓶炸裂
（3）小强用如图2装置完成空气中氧气含量的测定，盛装试剂前打开弹簧夹，向外拉动活塞到一定位置后松手，当 ，则说明装置气密性良好。盛装白磷的试管容积为40mL，实验前注射器活塞停留在20mL处，加热铜丝看到的实验现象是 ，反应的文字表达式为 ，待温度冷却到室温打开弹簧夹后，可观察到活塞向下运动，最终停留在 mL刻度处。
（4）图2装置与图1装置相比，优点是 （答一点即可），可能存在的不足是 （答一点即可）。
（5）若用图2装置进行实验前没有夹弹簧夹，实验过程中可观察到活塞先向上运动，再向下运动，最后停留在 mL刻度处。
（6）为了解释活塞运动的原因，小组同学改用图3所示装置测定实验过程中压强变化，能正确反映压强传感器读数变化的是图 （填“4”或“5”），随着实验时间的变化，压强减小的原因是 。
拓展培优
16．以下实验装置都可用于“测定空气里氧气的含量”，请认真分析，回答下列问题：
（1）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(如图1)。该实验中选择使用汞的原因有______。
A．只与空气中氧气发生反应
B．汞俗称水银，常温下为液态，安全无毒
C．反应速度快，几分钟可完成
D．反应生成的氧化汞为固体
（2）实验室常用图2所示的方法测定空气中氧气的含量。红磷在空气中燃烧的符号表达式为 ；红磷燃烧时出现的现象是：暗红色固体燃烧、发光、 、发出黄白色火焰、冒浓厚 、生成白色固体。集气瓶内预先放水的作用是吸热 ，防止胶塞弹开，吸收生成的五氧化二磷，减少空气污染。
（3）“暖宝宝贴”(主要成分为铁粉)发热的原理是铁粉和氧气、水发生反应放热。用“暖宝宝贴”测定空气中氧气的含量(如图3，与铁粉反应的水蒸气的体积忽略不计)，广口瓶容积为270mL实验装置如图所示。实验后量筒中水的体积读数为45L(实验前量筒中水的体积为100mL)。根据数据计算空气中氧气的体积分数为 。
（4）用红磷测定空气氧气含量，按照图4连接压强传感器，测得压强曲线，BC段压强变化的原因是因为红磷 导致压强增大，且增大幅度大于氧气消耗导致的压强减小的幅度，集气瓶中压强增大。
17．空气中含有多少氧气呢？学习小组开展“测定空气里氧气含量”的探究活动。
【资料】
①红磷的着火点是240℃，白磷的着火点是40℃。
②相同的温度和体积下，气体压强与分子数成正比。
③相同的温度和压强下，气体体积与分子数成正比。
【史料研究】
二百多年前，化学家拉瓦锡利用汞能和氧气发生反应的原理，采用图1甲装置测出氧气约占空气体积的1/5。
（1）加热时，曲颈甑内液态汞表面产生红色粉末，玻璃钟罩液面上升，产生该现象的原因是 。
【设计与实验】
设计并利用图1乙装置测空气里氧气含量。
（2）主要步骤如下，正确的顺序为 (填序号)。
①弹簧夹夹紧胶皮管
②红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹
③点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧塞子
④在集气瓶中加入少量水，将水面上方空间分成5等份
（3）实验结束，集气瓶中剩余气体的主要成分是 。
【优化与实验】
同学们利用图1乙装置多次实验，水面均未上升到刻度“1”。经讨论后，分别取足量红磷、白磷采用图2甲装置进行实验，记录并处理数据分别如图2乙、图2丙。
（4）图2乙中氧气含量从8.05%上升到9.26%，原因可能是 。
（5）图2丙中BC段压强增大，原因是 。
【反思与交流】
（6）图1乙实验水面未达到刻度“1”，原因是装置中的氧气未消耗完。红磷燃烧不能将氧气消耗完的主要原因是 。
（7）上述实验中汞、白磷和五氧化二磷有毒，对环境“不友好”。结合实验原理和药品弊端，可选择的替代药品有 (写一种)。
答案和解析
教学目标 1.了解空气的主要成分。2.了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途。3.初步认识纯净物和混合物的概念。
重点和难点 重点：空气的组成、纯净物和混合物。难点：空气中氧气含量的测定。
◆知识点一 空气的组成
1.拉瓦锡研究空气成分的实验
法国化学家拉瓦锡最早用定量的方法研究了空气的成分。
拉瓦锡利用该装置进行实验，研究并得出空气由氧气和氮气组成。
实验一：汞与氧气反应 实验二：氧化汞受热分解
实验步骤 把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天 将汞表面所生成的红色粉末收集起来,放在另一个较小的容器里加强热
实验现象 部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积约减少 红色粉末变成银白色液体和无色气体,所得气体的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积
反应原理 汞+氧气氧化汞 氧化汞汞+氧气
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
2.空气中氧气含量的测定
实验装置 ①仪器：集气瓶、燃烧匙、玻璃导管、烧杯、弹簧夹、胶皮管;②药品：红磷、水。
实验原理 利用红磷燃烧消耗密闭容器中的氧气，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。反应的文字表达式红磷+氧气五氧化二磷P O2 P2O5
实验步骤 ①连接装置，检查装置的气密性;②在集气瓶内加入少量水后，将水面上方空间分为5 等份;③用弹簧夹夹紧胶皮管;④点燃红磷后，立即伸入集气瓶内并把塞子塞紧;⑤燃烧结束装置冷却至室温后，打开弹簧夹。
实验现象 ①红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量;②冷却至室温后，打开弹簧夹，烧杯中的水经导管流入集气瓶，且流入水的体积约占集气瓶内原有空气体积的。
实验分析 红磷在空气中燃烧是红磷与空气中的氧气反应，生成一种叫做五氧化二磷的新物质。生成的五氧化二磷为固体，溶于水且几乎不占有体积，燃烧消耗了集气瓶内的氧气，使瓶内气体减少，压强减小。冷却至室温后，外界大气压把烧杯内的水压进集气瓶，压入的水的体积约等于集气瓶内消耗的氧气的体积
实验结论 ①氧气约占空气体积的；②剩余气体主要为氮气，氮气不燃烧也不支持燃烧，不易溶于水，且不与水反应。
1.实验结果误差分析误差分析原因影响因素测量结果偏小进入瓶中的水的体积偏小装置漏气，导致反应结束后，外界空气进入装置中红磷量不足，不能将装置内的氧气消耗完全未待装置冷却至室温就打开弹簧夹，集气瓶中气体还处于受热膨胀状态，压强变化不明显测量结果偏大进入瓶中的水的体积偏大点燃红磷后伸入集气瓶的速度太慢或未立即塞紧塞子，使集气瓶中部分气体受热逸出实验前未夹紧弹簧夹，使部分空气受热膨胀沿导管逸出2.利用燃烧法测定空气中氧气的含量时,选择的反应物应具备两个条件：（1）该物质在空气中能燃烧且只与氧气反应。如不能选用铁、镁等，因为铁在空气中难以燃烧，镁在消耗氧气的同时还会与氮气、二氧化碳反应。（2）该物质燃烧后的生成物应为固态或液态，所占的空间体积可忽略不计。如不能选用硫、木炭等，因为硫和木炭燃烧后会生成气体。红磷燃烧产生的是白烟，不是白雾。
3.空气的组成
空气中各气体成分的含量如表所示∶
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%
（1）空气中各气体成分的含量用体积分数（体积占比）表示，而不是质量分数（质量占比）。（2）空气中各气体成分的含量一般来说是比较固定的，但不是一成不变的。在不同地区或同一地区的不同时间，空气中各成分的含量也可能有所不同。（3）空气是混合物，主要由氧气与氮气组成，二者体积比约为21%:78%(1:4)。
即学即练
1．关于拉瓦锡研究空气成分实验的表述，存在科学性错误的是
A．实验中汞需要足量 B．曲颈甑中的汞可以换成硫粉
C．曲颈甑中汞的作用是消耗氧气 D．钟罩内液面上升推测钟罩内气体压强减小
【答案】B
【解析】A、实验中汞需要足量，这样才能将曲颈甑和钟罩内空气中的氧气完全消耗掉，从而准确测定空气成分，该表述正确；
B、曲颈甑中的汞不能换成硫粉，硫粉在空气中燃烧生成二氧化硫气体，装置内气体压强变化不明显，无法准确测定空气中氧气的含量，该表述错误；
C、曲颈甑中汞在加热条件下与氧气反应生成氧化汞，其作用是消耗氧气，该表述正确；
D、钟罩内液面上升，是因为氧气被消耗，钟罩内气体减少，压强减小，在外界大气压作用下，液面上升，该表述正确。
故选B。
2．如图装置常用来测定空气中氧气含量。下列对该实验的认识错误的是
A．该实验证明空气中氧气的体积约占1/5
B．实验时红磷一定要过量，耗尽氧气
C．实验前一定要检查装置的气密性
D．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
【答案】D
【解析】A、实验中，能够观察到进入集气瓶中的水约占集气瓶容积的五分之一，说明氧气约占空气总体积的五分之一，故选项说法正确；
B、实验时红磷一定要过量，如果红磷不足，就不能完全消耗掉集气瓶中的氧气，也就得不出正确的结论，故选项说法正确；
C、为防止装置漏气，影响实验结果，实验前一定要检查装置的气密性，这是实验取得成功的保证，故选项说法正确；
D、红磷燃烧产生大量的白烟，火焰熄灭后，待装置冷却到室温时再打开弹簧夹；如果火焰熄灭后立刻打开弹簧夹，由于集气瓶内的温度较高，水不能进入集气瓶或进入集气瓶中的水不到集气瓶容积的五分之一，得不出正确的结论，故选项说法错误；
故选：D。
3．空气是一种混合物。洁净的空气中含量较高且化学性质不活泼的是
A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．水蒸气
【答案】A
【解析】A、氮气在空气中的体积分数约为 78%，含量较高。氮气的化学性质不活泼，一般不易与其他物质发生化学反应，A 选项正确；
B、氧气在空气中的体积分数约为 21%，虽然含量较高，但氧气的化学性质比较活泼，能与许多物质发生氧化反应，B 选项错误；
C、二氧化碳在空气中的体积分数约为 0.03%，含量较低，C 选项错误；
D、水蒸气在空气中的含量相对较少，D 选项错误。
故选A。
◆知识点二 混合物和纯净物
分类 混合物 纯净物
概念 由两种或两种以上的物质混合而成，组成不固定 只由一种物质组成，组成固定
表示方法 没有固定组成，不能用化学符号表示 可用化学符号表示，如氮气可用 N2表示
性质 有固定的物理性质和化学性质 组成混合物的各种成分保持它们各自的性质
举例 空气，自然界的水，如河水、湖水、海水、雨水等 氮气、氧气、二氧化碳、蒸馏水等
关系 纯净物混合物
说明 纯净物是相对而言的，自然界不存在绝对纯净的物质，我们所说的纯净物是指含杂质很少的高纯度物质
①物质的成分与状态无关。例如冰和水是相同物质的两种状态，把它们混合在一起还是一种物质，属于纯净物。②区分混合物与纯净物的关键是看其物质组成成分。带有“混合”字眼的物质不一定是混合物，带有“洁净”“清洁”字眼的物质不一定是纯净物。如冰水混合物是纯净物，洁净的空气是混合物。也不能被物质名称误导。如五氧化二磷是纯净物，不能认为代表“氧”“磷”两种物质。
即学即练
1．下列物质属于混合物的是
A．液态氧 B．洁净的海水 C．冰水混合物 D．氧化镁
【答案】B
【解析】A.液态氧是氧气（）在液态状态下的形式，仅含一种物质，属于纯净物（单质），故A错误；
B.海水含有水、氯化钠、氯化镁等多种物质，即使经过净化处理，仍为混合物，故B正确；
C.冰（固态水）和水（液态水）是同一种物质（H O）的不同状态，成分单一，属于纯净物中的氧化物，故C错误；
D.氧化镁（MgO）是镁和氧按固定比例化合而成的化合物，属于纯净物中的氧化物，故D错误。
故选：B。
重难点一 特殊装置测定空气中氧气的含量
1.测定空气中氧气含量的改进装置
方法一：测量进入容器内水的体积或容器内水的体积变化 方法二：利用刻度测量密闭容器内气体体积的减少量
常见装置
反应原理 红磷、白磷燃烧产物相同，文字表达式均为磷+氧气五氧化二磷 铜 + 氧气氧化铜
现象分析 ①玻璃钟罩内水面上升，最终上升的水的体积约占反应前其内空气总体积的 ；②通电后，白磷燃烧，一段时间后左侧水面大约上升至刻度1处；③红磷燃烧，冷却至室温后打开弹簧夹，水进入集气瓶，集气瓶中的水面大约上升至刻度1处 ④白磷燃烧，活塞先向右移动，冷却至室温后，活塞左移大约至刻度8处 ⑤铜粉变黑，冷却至室温后，将气球内的气体全部挤出，注射器内减少的气体体积约为反应前注射器和硬质玻璃管内气体总体积的 ;⑥铜丝变黑，冷却至室温后，两注射器内减少的气体总体积约为反应前两注射器和玻璃管内气体总体积的 。
2.测定空气中氧气含量的数字化实验
（1）数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量(如温度、压强、浓度等)的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。
（2）将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验：
实践应用
1.图1是利用气体压强传感器测定红磷燃烧时集气瓶内气压变化并测定空气中氧气的含量的实验装置。点燃红磷，待红磷熄灭并冷却至室温后，打开止水夹，瓶内气压的变化如图2。下列说法错误的是
A．实验中红磷要足量
B．ac段气压增大是因为红磷燃烧放出热量，使气体膨胀
C．如图2所示，其中表示红磷熄灭的是点
D．若d点时就打开弹簧夹，集气瓶中的上升水位会低于理论的水位高度
【答案】C
【解析】A、实验时，红磷足量，使红磷与空气中氧气充分反应，减小实验误差，选项正确；
B、红磷在氧气中燃烧放出热量，瓶内温度升高，气体受热膨胀，使集气瓶中压强变大，选项正确；
C、图2中c点压强最大，此时温度最高，表示红磷刚好熄灭，选项错误；
D、若d点时就打开弹簧夹，此时还没有恢复到室温，气体处于膨胀状态，集气瓶中的上升水位会低于理论的水位高度，选项正确。
故选C。
考点一 空气中氧气含量的测定
【例1】某校九年级化学兴趣小组的学生测定空气中氧气的含量，完成了以下实验探究。
实验一：利用如图所示装置和红磷进行实验；
实验二：利用如图所示装置和白磷进行实验；
实验三：利用图所示装置并分别使用红磷、白磷和食品脱氧剂来测量空气中氧气的体积分数(图丙实验采集数据如图丁所示)。
【集体讨论】
（1）同学们认为实验开始前都必须检查装置的气密性且药品的用量应保证 。
（2）乙装置中反应的符号表达式为 ，该反应属于 反应（填基本反应类型）。
【分组实验】在讨论的基础上，他们分组进行了实验。
【数据分析】实验结束后，整理数据如下表所示(装置中集气瓶容积均为150mL，并且在瓶中预先装入20mL水)。
组别 1 2 3 4 5
进入集气瓶中水的体积/mL 25 27 26 29 28
（3）大多数同学都验证出氧气约占空气体积的 。实验时装置甲量筒内要装入水的体积应至少 29mL(填“>”、“=”或“<”)。
【反思讨论】
（4）图乙实验相对于图甲实验，其优点有 (写出一条即可，下同)。
（5）根据图丙实验采集数据如图丁所示，同学们分析实验结果，认为用甲装置实验药品最好选用“食品脱氧剂”，其优点是 ；但指导老师认为如果在课堂上进行演示实验时，选择“食品脱氧剂”不是最佳的选择，应当选择“白磷”比较妥当，你认为老师的理由是 。
【实验拓展】
（6）小组的同学做完实验后又尝试用木炭重新做了上述实验，认为不能选用木炭进行实验，其原因可能是 。
【答案】（1）过量
（2） 化合反应
（3）20.8% >
（4）实验误差小
（5）消耗氧气更完全 短时间内能获得数据
（6）木炭燃烧消耗氧气的同时生成二氧化碳气体，压强变化不明显（合理即可）
【解析】（1）红磷应过量，才能完全消耗集气瓶中的氧气；
（2）红磷在点燃的条件下与氧气反应生成五氧化二磷，反应的符号表达式为：；此反应符合多变一的特点，属于化合反应；
（3）平均进入集气瓶中水的体积为：，进入的水的体积即为氧气的体积，则出氧气约占空气体积的：；若想实验准确，则量筒内要装入水的体积应至少大于27mL；
（4）图乙利用电热棒引燃白磷，可避免点燃白磷后伸入时，产生的白烟扩散到空气中，且还能防止气体受热膨胀，则该装置更环保，结果更准确;
（5）由图可知，选用“食品脱氧剂”时，氧气剩余更少，则结果更准确；而选择“白磷”时，反应时间短;
（6）木炭燃烧氧气的同时还生成二氧化碳气体，压强变化不明显，则不能用木炭进行实验。
【变式1-1】某班同学用如下图所示的装置测定空气中氧气的含量。实验结束后，甲同学的集气瓶内液面上升明显大于瓶内空气体积的，乙同学的集气瓶内液面上升明显小于瓶内空气体积的，下列对这两种现象解释合理的是
①甲同学可能没夹紧弹簧夹 ②甲同学可能没塞紧橡胶塞
③乙同学所用红磷的量可能不足 ④乙同学可能插入燃烧匙太慢
A．①②③④ B．只有①③ C．只有②④ D．只有①②③
【答案】B
【解析】①若甲同学没夹紧弹簧夹，反应放出大量的热，装置内压强增大，有空气从导管逸出，因此装置冷却后进入的水多，使测定结果偏大，说法正确；
②若甲同学未塞紧瓶塞，装置漏气，在冷却过程中有外界的空气进入瓶中，使测定结果偏小，说法错误；
③若乙同学使用红磷的量不足，不能完全消耗装置内的氧气，使测定结果偏小，说法正确；
④若乙同学插入燃烧匙速度太慢，会使集气瓶中的部分气体受热膨胀逸出，导致测定结果偏大，说法错误；
故解释合理的只有①③。
故选B。
【变式1-2】如图为测定空气中氧气含量实验的改进装置，下列说法中不正确的是
A．集气瓶中水液封导管末端以防气体逸出
B．本实验不可以用木炭代替红磷
C．燃烧匙中的红磷需足量，否则测定结果偏小
D．集气瓶的容积是，最终量筒中有水进入集气瓶
【答案】D
【解析】A、图示是测定空气中氧气含量的实验，要求装置应该是密封状态，因此集气瓶中水液封导气管末端以防气体逸出，选项说法正确；
B、木炭燃烧后生成了二氧化碳气体，则装置压强几乎不变，无法根据液面变化分析出氧气的含量，因此本实验不可以用木炭代替红磷，选项说法正确；
C、图示是测定空气中氧气含量的实验，燃烧匙中的红磷需足量，这样才能完全消耗氧气，否则氧气不能消耗完全，导致测定结果偏小，选项说法正确；
D、红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，氧气约占空气体积的五分之一，集气瓶的容积是 200mL ，且集气瓶中有部分水，故集气瓶中空气的体积小于200mL，则消耗氧气的体积小于200mL×=40mL，故最终量筒中进入集气瓶中水的体积＜40mL，选项说法不正确；
故选：D。
【变式1-3】实验小组用下图装置测定空气中氧气的含量。
（1）该实验中红磷燃烧的现象为 ，符号表达式为 。
（2）能说明空气中氧气含量的现象是，打开弹簧夹后水上升至 刻度。
（3）下列操作可能导致测定结果偏低的是_____。(填字母序号，下同)
A．红磷的量不足
B．点燃红磷，慢慢伸入瓶中
C．未冷却至室温就打开了弹簧夹
（4）若用硫粉来替红磷测空气中氧气含量是否可以？若不可，请说明原因 。
（5）反应完后集气瓶中剩余主要气体是 ，该气体的物理性质是 ，化学性质是 。(均写一条即可)
【答案】（1）产生大量白烟，发出大量的热
（2）1
（3）AC
（4）不可以，硫在空气中燃烧生成二氧化硫气体，化学反应前后，装置内压强变化不大，无法测定空气中的氧气含量
（5）氮气/N2 难溶于水（合理即可） 不燃烧也不支持燃烧（合理即可）
【解析】（1）红磷在空气中燃烧，与氧气发生反应，会剧烈燃烧，生成五氧化二磷固体小颗粒，现象是：产生大量白烟，发出大量的热；
红磷燃烧是磷（P）和氧气（O2 ）在点燃条件下反应生成五氧化二磷（P2 O5 ），符号表达式为。
（2）空气中氧气的体积分数约为，该实验中红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，使瓶内压强减小。冷却至室温后，打开弹簧夹，在外界大气压作用下，烧杯中的水进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内空气体积的，则水上升至1刻度处。
（3）A、红磷的量不足，不能将集气瓶内的氧气完全消耗，导致进入集气瓶的水的体积偏小，测定结果偏低，该选项符合题意；
B、点燃红磷，慢慢伸入瓶中，会使瓶内空气受热逸出，导致瓶内压强减小更多，进入集气瓶的水的体积偏大，测定结果偏高，该选项不符合题意；
C、未冷却至室温就打开了弹簧夹，此时瓶内气体温度较高，压强较大，进入集气瓶的水的体积偏小，测定结果偏低，该选项符合题意。
故选AC。
（4）硫在空气中燃烧生成的二氧化硫是气体，填补了消耗氧气的空间，集气瓶内压强几乎不变，所以打开弹簧夹后，水不能进入集气瓶，无法测定空气中氧气的含量。
（5）空气主要由氮气和氧气组成，红磷燃烧消耗了氧气，所以反应完后集气瓶中剩余主要气体是氮气（N2）；
氮气在常温常压下是无色、无味的气体，难溶于水，写出其中一条物理性质即可；
在该实验中，红磷燃烧一段时间后熄灭，说明剩余的氮气不能燃烧也不支持燃烧，化学性质相对稳定、不活泼，写出其中一条化学性质即可。
考点二 空气的组成
【例2】文物是历史的见证。保存文物时可用空气中含量最高的气体，该气体是
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】保存珍贵文物可用空气中含量最多的气体，该气体是氮气，氮气属于气态非金属单质，在元素符号的右下角写上表示分子中所含原子数的数字，其化学式为：N2。故选B。
【变式2-1】鸡蛋气室中的气体来源于空气。气室中含量最高的气体是
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】空气的成分按体积分数计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。由此可知，空气中体积分数含量最高的物质是氮气，化学式为N2。
故选A。
【变式2-2】休闲潜水用气罐中一般为压缩人造空气，其成分与周围空气类似，其中含量最多的气体是
A．O2 B．N2 C．H2 D．CO2
【答案】B
【解析】A.自然空气中各气体体积比例约为：氮气（N2）78%、氧气（O2）21%、稀有气体和二氧化碳（CO2）等共约1%，题目明确人造空气成分与周围空气类似，因此含量最多的气体应与自然空气一致，氧气占21%，是第二多的成分，但并非最多，故A错误；
B.氮气占78%，是空气中含量最高的气体，故B正确；
C.一般情况下，氢气在自然空气中含量极低，几乎可忽略，故C错误；
D.二氧化碳仅占约0.03%，含量极少，故D错误。
故选：B。
【变式2-3】空气的成分中，按体积计算约为78%的是
A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳
【答案】A
【解析】空气中按体积分数计算氮气约占78％，氧气约占21％，稀有气体等其它成分约1％。
故选A。
考点三 纯净物和混合物的区分
【例3】下列各组物质中，前者属于混合物，后者属于纯净物的是
A．五氧化二磷、氧化汞 B．铁、食盐水
C．矿泉水、豆浆 D．液态空气、二氧化碳
【答案】D
【解析】混合物由多种物质组成，纯净物只含一种物质。
A、五氧化二磷和氧化汞均为单一物质组成，均属纯净物，不符合题意；
B、铁为单一物质组成，属纯净物；食盐水是NaCl与水的混合物。前者纯净物，后者混合物，不符合题意；
C、矿泉水含矿物质、水等，是混合物；豆浆含蛋白质、水等，也是混合物，两者均不满足纯净物条件，不符合题意；
D、液态空气含氧气、氮气等，是混合物；二氧化碳为单一物质组成，属纯净物。符合题意。
故选D。
【变式3-1】下列物质中，属于混合物的是
A．冰 B．硫酸铜溶液 C．过氧化氢 D．液态氧
【答案】B
【解析】A.冰是固态水，成分是H O，属于纯净物，故不符合题意；
B.硫酸铜溶液由硫酸铜（CuSO ）和水（H O）组成，是溶液，属于混合物，故符合题意；
C.过氧化氢，化学式为H O ，是单一化合物，属于纯净物，故不符合题意；
D.液态氧是氧气（O ）的液态形式，成分单一，属于纯净物，故不符合题意，故选B。
【变式3-2】下列“水”属于纯净物的是
A．海水 B．苏州河水 C．矿泉水 D．蒸馏水
【答案】D
【解析】A、海水中含有多种物质，属于混合物，不符合题意；
B、苏州河水中含有多种物质，属于混合物，不符合题意；
C、矿泉水中含有多种物质，属于混合物，不符合题意；
D、蒸馏水只由一种物质组成，属于纯净物，符合题意。
故选：D。
【变式3-3】下列物质中，属于纯净物的是 （填序号，下同），属于混合物的是 。
①人体呼出的气体 ②纯牛奶 ③液氮 ④稀有气体
⑤澄清石灰水 ⑥洁净的空气 ⑦冰水混合物 ⑧红磷
【答案】 ③⑦⑧ ①②④⑤⑥
【解析】①人体呼出的气体：含氮气、氧气、二氧化碳等多种气体，是由多种物质组成 ，属于混合物；
②纯牛奶中含蛋白质、脂肪、水等成分，是由多种物质组成 ，属于混合物；
③液氮是液态氮气，是由一种物质组成，属于纯净物；
④稀有气体通常包含氦、氖、氩等气体，是由多种物质组成 ，属于混合物；
⑤澄清石灰水中存在 氢氧化钙和水，是由多种物质组成 ，属于混合物；
⑥洁净的空气存在氮气、氧气、二氧化碳等，是由多种物质组成 ，属于混合物。
⑦冰（固态水）和水（液态水）是同种物质的不同状态，冰水混合物是由一种物质组成，属于纯净物；
⑧红磷是由一种物质组成，属于纯净物；
属于纯净物的是③⑦⑧，属于混合物的是①②④⑤⑥。
考点四 利用改进装置测量空气中氧气的含量
【例4】拉瓦锡被称为“现代化学之父”，我们要沿着科学家的足迹去探究。
（1）二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，得出结论：空气由氧气和 组成，其中氧气约占空气总体积的五分之一。根据图2资料卡片判断反应物选用汞的优点中不可能的是 。
A．实验过程中没有污染
B．汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽
C．在汞槽中起到液封作用
D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
（2）小强同学对反应物进行优化，采用图3装置进行实验，反应结束后，冷却到室温，打开弹簧夹，注射器活塞理论上应从10mL刻度处缓慢移动至 mL刻度处。
（3）小明对图3实验进行了如图4所示的改进。图4实验中，为了使氧气反应更充分，实验中可采取的措施是 ，若实验后未将气球中气体挤出，会导致测得氧气含量偏 （填“大”或“小”）。
（4）为了更精确的定量了解空气中氧气含量及误差原因，同学们引入数字化传感器按图5装置进行实验，记录并处理数据见图6。B点到F点（温度已降至室温）的实验过程中，从图5装置中可观察到的现象是 。起点A的坐标为（0，20.99），通过数据我们可以直接得出玻璃管内原来空气中氧气的体积百分含量为 ，F点的坐标为（203，4.23），则整个过程中铜粉实际消耗的氧气的体积为 mL（已知玻璃管体积为100mL）。
【答案】（1）氮气 A
（2）2
（3）反复推拉注射器 大
（4）气球鼓起后又瘪,红色粉末逐渐变为黑色 20.99% 16.76
【解析】（1）法国化学家拉瓦锡利用图1装置进行实验，得出结论：空气由氧气和氮气组成的；
A、汞和生成的氧化汞都有毒，会造成污染，选项错误，符合题意；
B、汞蒸气与氧气反应能将密闭容器空气中的氧气几乎耗尽，选项正确，不符合题意；
C、汞常温下是液态，在汞槽中起到液封作用，选项正确，不符合题意；
D、由资料卡片可知，生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气，选项正确，不符合题意；
故选A；
（2）图3装置中，试管中氧气的含量约为，则注射器活塞从10mL刻度处缓慢移动至10mL-8mL=2mL刻度处；
（3）反复推拉注射器活塞，增强空气的流动性，能使装置中的氧气与铜充分接触，反应更充分；
若实验后未将气球中气体挤出，会使活塞向右偏移，导致测得氧气含量偏大。
（4）加热过程中,装置内气体膨胀,压强增大，气球变大，铜和氧气在加热的条件下反应生成氧化铜,温度已降至室温后,气体减小,装置内压强减小，气球变小,故从图3装置中可观察到的现象是气球鼓起后又瘪,红色粉末逐渐变为黑色;
由图中数据我们可以直接得出玻璃管内原来空气中氧气的体积百分含量为20.99%。
由由图中数据可知，整个过程中铜粉实际消耗的氧气的体积为。
【变式4-1】微型空气质量检测仪是一种检测空气污染指数的仪器。化学兴趣小组同学利用该仪器检测某工业园区气体的成分（见图①），同时用实验探究的方法测定氧气的含量（见图②），并绘制相关图像（见图③）。集气瓶的内部体积，实验前在集气瓶中预先放入了的水，实验后瓶内水的体积为，分析如图信息，所得结论正确的是
A．①中显示屏上可显示出的含量 B．③中Q点对应的实验操作是打开止水夹
C．②中装置气密性不好会使测量结果偏大 D．该实验测得空气中氧气体积分数是21%
【答案】B
【解析】A、CO2不属于空气污染物，不计入空气污染指数，所以①中显示屏不能显示出CO2的含量，A 错误；
B、红磷燃烧消耗氧气，使装置内压强减小，打开止水夹后，水进入集气瓶，装置内压强逐渐恢复。③中 Q 点后压强增大，对应的实验操作是打开止水夹，水进入集气瓶，B 正确；
C、②中装置气密性不好，会使外界空气进入集气瓶，导致进入集气瓶内水的体积减少，测量结果偏小，C 错误；
D、集气瓶内空气体积为，进入水的体积即氧气的体积为，则空气中氧气体积分数为，D 错误。
故选B。
【变式4-2】用如图所示的装置进行空气中氧气体积分数的测定实验（两支玻璃管内径相同，为液面起始高度）。实验前均已关闭。左管燃烧匙中盛有足量白磷，右管盛有水。光照引燃白磷；待白磷熄灭，冷却至室温后打开，至液面不再变化，读出右管中液体的高度为。下列说法错误的是
A．实验前要检查装置的气密性 B．实验可观察到左管产生白烟
C．打开，右管中液面会下降 D．空气中氧气体积分数可表达为
【答案】D
【解析】A、测定空气中氧气的含量实验中应检查装置的气密性，故选项说法正确；
B、白磷燃烧生成白烟，实验可观察到左管产生白烟，故选项说法正确；
C、左管中白磷燃烧消耗了氧气，左管中气压减小，大气压将水压入左管，右管中液面会下降，故选项说法正确；
D、由于进入的水的体积即为氧气的体积，则空气中氧气体积分数的表达式为：，故选项说法错误。
故选D。
【变式4-3】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“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，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汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。
（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的 。
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。
（2）按如图甲装置测定空气中氧气含量。
【实验步骤】
实验1：按图1所示装置，用白磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。
实验2：按图2所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂（其中辅助成分不干扰实验），利用铁生铁锈（铁能与氧气反应生成铁锈）的原理测定空气中氧气的体积分数。
①实验1中，红磷要足量的目的是 。
②图2装置要测定的数据有 。
③连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图3、图4所示。依据图中信息，实验2的测定方法更准确，判断依据是 。
【继续探究】
（3）运用上述思维模型，同学们又设计了图乙的实验装置。
①请根据某小组提供的实验数据，完成表格：
硬质玻璃管中空气的体积 反应前注射器中空气的体积 反应后注射器中气体体积 实验测得空气中氧气的体积分数（结果精确到1％）
50mL 20mL 7mL
②不同实验小组做上述实验时结果差别较大，其中有些小组测定出空气中氧气的体积分数低于实际数值，请分析导致测定数值偏低的原因是 （答出1点即可）。
【答案】（1）分离转移
（2）耗尽装置内空气中的氧气 集气瓶的容积、最终水进入集气瓶中的体积 铁生锈消耗氧气更充分
（3）19% 铜粉不足（合理即可）
【解析】（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化，该过程中没有新物质生成，从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的分离转移；
（2）①实验1中，该实验中红磷要足量的目的是耗尽装置内空气中的氧气；
②图2装置利用铁生铁锈（铁能与氧气反应生成铁锈）的原理测定，则要测定的数据有集气瓶的容积、最终水进入集气瓶中的体积。
③由图3、图4可知，实验1氧气体积分数降低到8.6%左右不再变化，实验2氧气体积分数降低到接近0%，说明实验2铁生锈消耗氧气更充分，则实验2的测定方法更准确；
（3）①由表格数据可知，硬质玻璃管中空气的体积为50ml，反应前注射器中空气的体积为20 ml，反应后注射器中气体体积为7ml，则实验测得空气中氧气的体积分数为；
②不同实验小组做上述实验时结果差别较大，导致测定数值偏低的原因可能是铜粉不足或装置漏气或没有冷却至室温就读数等。
基础达标
1．化学史上第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的科学家是
A．拉瓦锡 B．侯德榜 C．道尔顿 D．门捷列夫
【答案】A
【解析】A、拉瓦锡用定量的方法测定了空气的成分，得出空气是由氮气和氧气组成，故A符合题意；
B、侯德榜改进了纯碱的制备方法，将制碱工业与化肥工业结合起来，故B不符合题意；
C、道尔顿提出原子论，故C不符合题意；
D、门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，故D不符合题意。
故选A。
2．下列物质属于纯净物的是
A．葡萄酒 B．加碘食盐 C．液氧 D．食醋
【答案】C
【解析】A、葡萄酒含有多种物质属于混合物，故选项不符合题意；
B、加碘食盐含有氯化钠以及含碘元素的物质，由多种物质组成属于混合物，故选项不符合题意；
C、液氧即液态氧气，是一种物质属于纯净物，选项符合题意；
D、食醋含有多种物质，属于混合物，故选项不符合题意；
故选：C。
3．用红磷来测量空气中氧气体积的实验中水进入集气瓶中小于的原因可能是
A．红磷不足 B．红磷过量 C．温度冷却到室温，打开了止水夹 D．装置的气密性良好
【答案】A
【解析】A、红磷不足，不能将集气瓶内氧气完全消耗，会使进入集气瓶中水的体积小于五分之一，A 正确。
B、红磷过量能保证将氧气完全消耗，不会导致水进入体积小于五分之一，B 错误。
C、温度冷却到室温打开止水夹，是正确操作，不是水进入集气瓶中小于五分之一的原因，C 错误。
D、装置气密性良好是实验成功的条件之一，不会导致水进入体积小于五分之一，D 错误。
故选 A。
4．科学家对火星的大气进行分析，得到下表所示数据
气体 二氧化碳 氮气 氩气 氧气
体积分数/% 95 2.7 1.6 0.13
与地球大气的成分相比，火星大气中含量更低的是
A．二氧化碳 B．氮气和氧气 C．氩气和氧气 D．氮气和氩气
【答案】B
【解析】空气的成分按体积计算，大约是：氮气占78%、氧气占21%、稀有气体占0.94%、二氧化碳占0.03%、其他气体和杂质占0.03%。则与地球大气的成分相比，火星大气中含量更低的是氮气和氧气，故选B。
5．如图所示装置测定空气中氧气含量，下列说法正确的是
A．点燃白磷后缓慢地将燃烧匙伸入瓶内，塞紧瓶塞
B．不打开瓶塞，聚焦太阳光引燃足量白磷，实验效果更好
C．用木炭代替白磷不会影响实验结果
D．若实验过程中没有将弹簧夹夹紧，不会影响实验结果
【答案】B
【解析】A、点燃白磷后若缓慢地将燃烧匙伸入瓶内，瓶内部分空气会因受热膨胀逸出，使测定结果偏大， 错误；
B、不打开瓶塞，聚焦太阳光引燃足量白磷，可防止瓶内空气逸出，实验效果更好，正确；
C、木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强变化不大，无法测定空气中氧气含量，所以用木炭代替白磷会影响实验结果， 错误；
D、若实验过程中没有将弹簧夹夹紧，红磷燃烧时瓶内气体受热膨胀会沿导管逸出，使进入瓶内水的体积偏大，从而影响实验结果，错误。
故选B。
6．用来测定空气成分的方法有很多，小梅用如下图所示的简易装置来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识中，正确的是
A．使用红磷的量多或少，都不会影响实验结果
B．燃烧足够的红磷可使进入钟罩的水占钟罩容器的4/5
C．红磷停止燃烧后，立即观察记录水进入钟罩的刻度
D．红磷燃烧消耗空气中的氧气，使钟罩内压强下降，水面上升
【答案】D
【解析】A、测定空气中氧气含量时，红磷要足量，以确保将装置内的氧气完全消耗，若红磷量不足，会使测定结果偏小，该选项错误；
B、空气中氧气的体积分数约为21%，燃烧足够的红磷可使进入钟罩的水占钟罩容积的1/5左右，而不是4/5，该选项错误；
C、红磷停止燃烧后，不能立即观察记录水进入钟罩的刻度，因为此时装置内温度较高，气体受热膨胀，会使进入的水偏少，导致测定结果偏小，应等装置冷却至室温后再观察记录，该选项错误；
D、红磷燃烧消耗空气中的氧气，使钟罩内气体减少，压强下降，在外界大气压的作用下，水面上升，该选项正确。
故选D。
7．液氮是液态的氮气，温度极低，可用于冷冻麻醉等。液氮属于
A．纯净物 B．混合物 C．无法判断 D．稀有气体
【答案】A
【解析】A、液氮是液态的氮气，只由一种物质组成，符合纯净物的定义，所以液氮属于纯净物，A 正确；
B、混合物是由两种或多种物质混合而成的物质，液氮只含一种物质，不属于混合物，B 错误；
C、根据液氮的组成可以明确判断其类别，并非无法判断，C 错误；
D、稀有气体是氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等气体的统称，氮气不属于稀有气体，D 错误。
故选A。
8．拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是
A．a点时容器内氮气体积分数为85%
B．密闭容器内b点和c点时的压强一样
C．氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度
D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18%
【答案】C
【解析】A、由曲线图可知：a点时容器内氧气的体积分数为15%。故容器内其余气体（氮气、稀有气体、二氧化碳等）的浓度为85%，则a点时容器内氮气体积分数小于85%，故A错误；
B、红磷燃烧放热，反应中容器内压强先增大后因氧气消耗而减小。b 点时反应还在进行，温度较高，c 点时反应结束且温度恢复至室温，因此密闭容器内b点和c点时的压强不一定相同，故B错误；
C、由曲线图可知：反应停止时，容器内剩余3%体积分数的氧气，由于红磷足量，故氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度，故C正确；
D、由曲线图可知：反应过程中氧气的体积分数减小21%-3%=18%，故此实验测得空气中氧气的体积分数为18%，故D错误；
故选：C。
9．某小组的同学将过量的白磷放入试管中测定空气中氧气含量（如图），则下列说法不正确的是
A．取足量的白磷进行实验是为了减少误差
B．试管中的白磷可以换成硫粉
C．实验结束等装置冷却到室温后才能打开弹簧夹
D．该装置实验的优点是密闭容器中进行，测量结果更准确，污染小
【答案】B
【解析】A、取足量的白磷进行实验是为了耗尽装置中的氧气，减少误差，故选项说法正确；
B、硫在空气中燃烧生成二氧化硫气体，瓶内气压不变，不能形成压强差，所以不能用硫粉代替红磷进行该实验，故选项说法错误；
C、实验结束需等到装置冷却到室温后再读数，否则剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，使测定结果偏小，故选项说法正确；
D、该装置实验的优点是密闭容器中进行测量，无需打开瓶塞点燃白磷，避免瓶内空气外逸而造成实验误差，结果更准确；同时防止生成的五氧化二磷逸散到空气中，污染小，故选项说法正确。
故选：B。
10．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量，下列对该实验的认识中，错误的 是
A．铜粉用量的多少，会影响实验结果
B．气球的作用是调节气压，防止橡皮塞被弹出
C．操作无误的情况下，反应结束后消耗的氧气体积约为反应前注射器中气体体积的
D．实验结束读数时，必须冷却至室温再读数
【答案】C
【解析】A、图示装置测定空气中氧气的含量，实验中要求铜粉足量或过量，才能将装置中的氧气消耗完全，即铜粉用量的多少，会影响实验结果，若铜粉的用量不足，会导致氧气不能完全反应，进一步导致实验结果偏小，故选项A说法正确；
B、铜和氧气加热生成氧化铜，该反应放热。气球的作用是调节气压，防止橡皮塞被弹出，故选项B说法正确；
C、铜和氧气加热生成氧化铜，操作无误的情况下，反应结束后消耗的氧气体积约为反应前注射器和玻璃管中气体总体积的，故选项C说法错误；
D、实验结束读数时，必须冷却至室温再读数，若未等到装置冷却至室温就读数，装置内剩余气体受热膨胀，导致测定结果偏小，故选项D说法正确；
故选：C。
综合应用
11．某研究性学习小组同学利用所学知识，设计了如图所示装置探究空气中氧气的体积分数。下列说法错误的是
A．闭合电源开关，白磷燃烧产生白烟
B．白磷燃烧生成五氧化二磷
C．反应结束后装置冷却到室温，U型管内左侧液面上升
D．通过这个实验能直接得出空气中氧气的质量分数
【答案】D
【解析】A、闭合电源开关，白磷达到着火点会燃烧，白磷燃烧时产生大量的白烟（五氧化二磷固体小颗粒），该选项说法正确；
B、白磷燃烧是与氧气反应，生成五氧化二磷，该选项说法正确；
C、白磷燃烧消耗了装置内的氧气，反应结束后装置冷却到室温，装置内压强减小，在外界大气压作用下，U 型管内左侧液面上升，该选项说法正确；
D、通过这个实验，U 型管内左侧液面上升的体积就是消耗氧气的体积，能直接得出空气中氧气的体积分数，而不是质量分数，该选项说法错误。
故选D。
12．测定空气中氧气含量的改进实验装置如图，对该实验认识正确的是
A．现象：实验中红磷燃烧，产生大量白雾
B．推论：实验后玻璃管中剩余的气体难溶于水
C．分析：红磷的量不会影响实验结果
D．反思：燃烧匙可以伸入到液面与刻度1之间的位置
【答案】B
【解析】A、实验过程中，红磷燃烧，产生大量白烟，不符合题意；
B、实验后，水位到达刻度1处，水位不再升高，说明玻璃管中剩余的气体难溶于水，符合题意；
C、如果红磷不足，导致氧气不能完全反应，进一步导致实验结果偏小，不符合题意；
D、该实验中，红磷燃烧消耗氧气，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，玻璃管内液面上升，上升的体积就是消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的，故液面会上升至“1”处，故燃烧匙不能伸入到液面与刻度1之间的位置，应在刻度1上方，不符合题意。
故选B。
13．利用图1装置测定空气中氧气的含量，用压强传感器测定的压强随时间的变化情况如图2所示。下列分析不正确的是
A．图1瓶中红磷燃烧时会产生大量白烟
B．图1中表明氧气含量的现象是瓶中水面上升约至1刻度处
C．图2中a点到 b点是由于反应放热使瓶内压强增大
D．图2中c点前可以打开弹簧夹不影响实验结果
【答案】D
【解析】A、图1瓶中红磷燃烧时会产生大量白烟，放出热量，故A说法正确；
B、红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固体，装置内压强减小，待冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中的水进入集气瓶中，进入瓶中水的体积即为消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的五分之一，则图1中表明氧气含量的现象是瓶中水面上升至1处，故B说法正确；
C、图2中a点到b点压强增大，是由于红磷燃烧放热，温度升高，使瓶内压强增大，故C说法正确；
D、bc段压强降低，是因为红磷燃烧消耗了装置内的氧气，且温度降至常温，造成压强减小，c点时压强最低，说明已经恢复到了室温，这时打开弹簧夹，瓶内气压小于外界气压，水被倒吸入集气瓶中，瓶内压强逐渐上升与外界压强趋于平衡，若c点前打开弹簧夹，装置内温度没有恢复至室温，装置内剩余气体受热膨胀，水倒流入集气瓶的体积不足五分之一，导致实验结果过偏小，故D说法错误；
故选：D。
14．现有下列物质：①氮气、②新鲜的空气、③啤酒、④矿泉水、⑤氧气、⑥稀有气体、⑦铁、⑧冰水混合物。
（1）属于纯净物的有 （填序号），再仿写一例： （填名称）。
（2）属于混合物的有 （填序号），再仿写一例： （填名称）。
【答案】（1）①⑤⑦⑧ 五氧化二磷
（2）②③④⑥ 自来水
【分析】氮气、氧气、铁、冰水混合物均只由一种物质组成，属于纯净物；新鲜的空气、啤酒、矿泉水、稀有气体均由多种物质组成，属于混合物。
【解析】（1）由分析可知，属于纯净物的有①⑤⑦⑧；五氧化二磷只由一种物质组成，属于纯净物；
（2）由分析可知，属于混合物的有②③④⑥；自来水中含有多种物质，属于混合物。
15．为测定空气中氧气的含量，小华和小强同学设计了两套实验装置：
（1）小华采用图1装置进行实验，下列实验操作，不会对实验结果造成影响的是_______。
A．装置有点漏气 B．红磷的量不足 C．用干燥的白磷代替红磷做实验
（2）用图1做空气中氧气含量测定，集气瓶内预先盛少量水，水在实验中没有起到的作用是_______。
A．加快集气瓶内气体冷却 B．熄灭红磷
C．吸收五氧化二磷 D．防止集气瓶炸裂
（3）小强用如图2装置完成空气中氧气含量的测定，盛装试剂前打开弹簧夹，向外拉动活塞到一定位置后松手，当 ，则说明装置气密性良好。盛装白磷的试管容积为40mL，实验前注射器活塞停留在20mL处，加热铜丝看到的实验现象是 ，反应的文字表达式为 ，待温度冷却到室温打开弹簧夹后，可观察到活塞向下运动，最终停留在 mL刻度处。
（4）图2装置与图1装置相比，优点是 （答一点即可），可能存在的不足是 （答一点即可）。
（5）若用图2装置进行实验前没有夹弹簧夹，实验过程中可观察到活塞先向上运动，再向下运动，最后停留在 mL刻度处。
（6）为了解释活塞运动的原因，小组同学改用图3所示装置测定实验过程中压强变化，能正确反映压强传感器读数变化的是图 （填“4”或“5”），随着实验时间的变化，压强减小的原因是 。
【答案】（1）C
（2）B
（3）活塞回到原位 白磷燃烧，产生大量白烟 12
（4）比较环保，误差小，节约药品 实验过程中试管容易破裂导致实验失败
（5）8
（6）4 白磷燃烧消耗了氧气，且温度逐渐恢复至室温
【解析】（1）A、装置有点漏气，在冷却至室温的过程中外界空气进入占据了一定的体积，会导致测定结果偏小，不符合题意；
B、红磷的量不足，不能将装置内氧气耗尽，会导致测定结果偏小，不符合题意；
C、白磷只能与空气中的氧气反应，且生成物是固体，可以用干燥的白磷代替红磷做实验，符合题意。
故选C；
（2）A、该实验需要冷却至室温后读数，水可以吸收热量，加快集气瓶内气体冷却，不符合题意；
B、该实验中，红磷熄灭，是因为氧气耗尽，水不能熄灭红磷，符合题意；
C、红磷燃烧生成五氧化二磷，五氧化二磷有毒，散逸到空气中，会污染空气，五氧化二磷能与水反应，故水可以吸收五氧化二磷，不符合题意；
D、红磷燃烧放出热量，水可以吸收热量，防止集气瓶炸裂，不符合题意。
故选B；
（3）盛装试剂前打开弹簧夹，向外拉动活塞到一定位置后松手，当活塞回到原位，说明装置内压强不变，说明装置气密性良好；
加热铜丝，温度达到了白磷的着火点，可观察到白磷燃烧，产生大量白烟；
白磷燃烧生成五氧化二磷，该反应的文字表达式为：；
白磷燃烧消耗氧气，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，打开弹簧夹，注射器活塞下移，注射器内减少的体积就是消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的，则消耗氧气的体积为：；故待温度冷却到室温打开弹簧夹后，可观察到活塞向下运动，最终停留在：20mL-8mL=12mL刻度处；
（4）图2装置整个实验过程在密闭容器中进行，反应生成的五氧化二磷不会逸出，比较环保，且可通过注射器直接读出消耗氧气的体积，误差小，且试管体积小，可以节约药品；
白磷燃烧放出热量，容易导致试管受热不均炸裂，故不足之处是：实验过程中试管容易破裂导致实验失败；
（5）若用图2装置进行实验前没有夹弹簧夹，白磷燃烧放出热量，装置内气体受热膨胀，压强增大，故活塞向上移动，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，打开弹簧夹，注射器活塞下移，注射器内减少的体积就是消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的，则消耗氧气的体积为：；故活塞最终停留在：20mL-12mL=8mL刻度处；
（6）白磷燃烧放出热量，装置内气体受热膨胀，压强增大，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，最后压强低于原来的压强，故能正确反映压强传感器读数变化的是图4；
随着实验时间的变化，压强减小的原因是：白磷燃烧消耗了氧气，且温度逐渐恢复至室温。
拓展培优
16．以下实验装置都可用于“测定空气里氧气的含量”，请认真分析，回答下列问题：
（1）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(如图1)。该实验中选择使用汞的原因有______。
A．只与空气中氧气发生反应
B．汞俗称水银，常温下为液态，安全无毒
C．反应速度快，几分钟可完成
D．反应生成的氧化汞为固体
（2）实验室常用图2所示的方法测定空气中氧气的含量。红磷在空气中燃烧的符号表达式为 ；红磷燃烧时出现的现象是：暗红色固体燃烧、发光、 、发出黄白色火焰、冒浓厚 、生成白色固体。集气瓶内预先放水的作用是吸热 ，防止胶塞弹开，吸收生成的五氧化二磷，减少空气污染。
（3）“暖宝宝贴”(主要成分为铁粉)发热的原理是铁粉和氧气、水发生反应放热。用“暖宝宝贴”测定空气中氧气的含量(如图3，与铁粉反应的水蒸气的体积忽略不计)，广口瓶容积为270mL实验装置如图所示。实验后量筒中水的体积读数为45L(实验前量筒中水的体积为100mL)。根据数据计算空气中氧气的体积分数为 。
（4）用红磷测定空气氧气含量，按照图4连接压强传感器，测得压强曲线，BC段压强变化的原因是因为红磷 导致压强增大，且增大幅度大于氧气消耗导致的压强减小的幅度，集气瓶中压强增大。
【答案】（1）AD
（2） 放热 白烟 降温、减压
（3）22%
（4）燃烧放热，使瓶内温度升高
【解析】（1）A、该实验中选择使用汞，是因为汞只与密闭装置内空气中的氧气反应，故选项符合题意；
B、汞俗称水银，常温下呈液态，有毒，故选项不符合题意；
C、反应速度快，几分钟可完成，不是该实验中选择使用汞的原因，故选项不符合题意；
D、该实验中选择使用汞，是因为反应生成的氧化汞是固态不影响压强，故选项符合题意；
故选AD；
（2）红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，反应的符号表达式为，红磷燃烧时出现的现象是暗红色固体燃烧、发光、放热、发出黄白色火焰、冒浓厚白烟、生成白色固体，集气瓶内预先放水的作用是吸热、降温、减压防止胶塞弹开，吸收生成的五氧化二磷，减少空气污染；
（3）广口瓶容积为270mL，则广口瓶中空气的体积为270mL-20mL=250mL，减少水的体积就是消耗氧气的体积，则消耗氧气的体积为100mL-45mL=55mL，则空气中氧气的体积分数为 ×100%=22%；
（4）BC段压强变化的原因是因为红磷燃烧放热，使瓶内温度升高，导致压强增大，且增大幅度大于氧气消耗导致的压强减小的幅度，集气瓶中压强增大。
17．空气中含有多少氧气呢？学习小组开展“测定空气里氧气含量”的探究活动。
【资料】
①红磷的着火点是240℃，白磷的着火点是40℃。
②相同的温度和体积下，气体压强与分子数成正比。
③相同的温度和压强下，气体体积与分子数成正比。
【史料研究】
二百多年前，化学家拉瓦锡利用汞能和氧气发生反应的原理，采用图1甲装置测出氧气约占空气体积的1/5。
（1）加热时，曲颈甑内液态汞表面产生红色粉末，玻璃钟罩液面上升，产生该现象的原因是 。
【设计与实验】
设计并利用图1乙装置测空气里氧气含量。
（2）主要步骤如下，正确的顺序为 (填序号)。
①弹簧夹夹紧胶皮管
②红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹
③点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧塞子
④在集气瓶中加入少量水，将水面上方空间分成5等份
（3）实验结束，集气瓶中剩余气体的主要成分是 。
【优化与实验】
同学们利用图1乙装置多次实验，水面均未上升到刻度“1”。经讨论后，分别取足量红磷、白磷采用图2甲装置进行实验，记录并处理数据分别如图2乙、图2丙。
（4）图2乙中氧气含量从8.05%上升到9.26%，原因可能是 。
（5）图2丙中BC段压强增大，原因是 。
【反思与交流】
（6）图1乙实验水面未达到刻度“1”，原因是装置中的氧气未消耗完。红磷燃烧不能将氧气消耗完的主要原因是 。
（7）上述实验中汞、白磷和五氧化二磷有毒，对环境“不友好”。结合实验原理和药品弊端，可选择的替代药品有 (写一种)。
【答案】（1）汞与氧气反应，钟罩内气体减少，气压减小
（2）④①③②
（3）氮气/N2
（4）反应结束后，温度下降气体逐渐混合均匀/温度下降水蒸气变成液态，氧气含量增大
（5）反应刚开始，温度升高对压强的影响比气体减少对压强的影响大
（6）反应一段时间后，氧气浓度下降到一定程度，燃烧放出的热量减少，温度降低到红磷着火点以下，红磷熄灭，所以氧气消耗不完
（7）铜粉（合理即可）
【解析】（1）汞与氧气反应生成氧化汞，导致钟罩内气体减少，气压减小，玻璃钟罩内汞液面上升；
（2）该实验操作的正确顺序是：检验装置的气密性。在集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分成5等份；用弹簧夹夹紧胶皮管；点燃红磷，立即伸入瓶中并把塞子塞紧；待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹；故答案为：④①③②；
（3）由于空气中各气体体积分数氮气占78%，氧气占21%，红磷燃烧消耗了氧气，实验结束，集气瓶中剩余气体的主要成分是氮气（或N2）；
（4）白磷燃烧消耗氧气并放出热量，而其他气体不变，氧气的含量逐渐减小，但反应结束后，温度下降，气体逐渐混合均匀或温度下降水蒸气变成液态，导致氧气的含量逐渐增大；
（5）红磷燃烧放热，温度升高，装置内压强增大，消耗氧气，装置内压强减小，温度升高所增加的气压大于氧气消耗所减小的气压，所以BC段压强增大；
（6）红磷燃烧放热，但反应一段时间后，氧气浓度下降到一定程度，燃烧放出的热量减少，温度降低到红磷着火点以下，红磷熄灭，导致氧气消耗不完；
（7）铜粉在空气中加热生成氧化铜固体，不会造成污染。可以选择铜粉替代。
解题要点
实验成功的关键
（1）红磷要过量，保证完全消耗装置内空气中的氧气。
（2）装置的气密性必须良好，不能漏气。
（3）必须冷却至室温后再打开弹簧夹。
（4）点燃的红磷要迅速伸入集气瓶并塞紧橡胶塞。
（5）实验时弹簧夹要夹紧。
解题要点
解题要点
实验成功的关键
（1）红磷要过量，保证完全消耗装置内空气中的氧气。
（2）装置的气密性必须良好，不能漏气。
（3）必须冷却至室温后再打开弹簧夹。
（4）点燃的红磷要迅速伸入集气瓶并塞紧橡胶塞。
（5）实验时弹簧夹要夹紧。
解题要点
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