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第一节 空气的组成
第1课时 定量认识空气的组成
一、知识目标
1.准确说出空气的主要成分，牢记各成分的体积分数，理解拉瓦锡测定空气组成实验的原理、方法与结论。
2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理，清晰描述红磷燃烧实验的操作步骤，区分铜粉加热实验与红磷实验的反应过程差异。
3.对比铜粉与红磷实验的误差，推理误差对结果的影响并提出改进方案。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识空气的组成成分及各成分的含量，从微观角度理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，构建原理 - 操作 - 误差认知模型，提升化学实验问题解决力。
3.科学探究与创新意识：通过实验探究空气的组成，培养严谨的实验态度和科学探究精神，体会科学研究中关注细节和不忽视异常现象的重要性。
一、学习重点
1.空气的组成成分及各成分的体积分数。
2.拉瓦锡实验的原理和结论。
3.测定空气中氧气含量的实验原理和操作。
二、学习难点
1.理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.分析实验误差产生的原因并提出改进方案。。
一、定量认识空气的组成
1.结合生活常识和已有知识，你认为空气的主要成分有哪些？请尝试写出你已知的成分名称。
氮气（N2）约78% 氧气（O2）约21% 氩气（Ar）约0.934% 二氧化碳（CO2）约0.038% 其他气体约0.002%
2.1775 年哪位科学家首次测定了空气中氧气的含量？他使用的实验药品是什么？
1775 年拉瓦锡首次测定了空气中氧气的含量，他使用的实验药品是汞（Hg）。
3.请简要描述拉瓦锡实验中 “汞与空气反应” 阶段的实验现象（至少写出 2 点）。
拉瓦锡实验中 “汞与空气反应” 阶段的实验现象：①银白色的液态汞表面逐渐生成红色的粉末状物质（氧化汞）；②密闭容器内的空气体积逐渐减少，玻璃钟罩内的液面逐渐上升。
4.拉瓦锡测定空气组成实验的核心原理是 “可燃物消耗氧气→密闭容器压强减小→体积变化→玻璃钟罩水倒流→液面上升”，请结合该原理分析：为什么实验必须在密闭容器中进行？若容器不密闭，会对实验结果产生什么影响？
实验必须在密闭容器中进行的原因：只有在密闭容器中，可燃物消耗氧气后，容器内的气体才不会与外界空气发生交换，才能形成压强差。若容器不密闭，外界空气会进入容器内补充消耗氧气所减少的体积，导致容器内压强变化不明显或无变化，最终无法通过液面上升等现象准确测定空气中氧气的含量，使测量结果偏小。
5.拉瓦锡通过这一实验得到了哪些结论？
1. 空气是混合物，并非单一物质；
2. 空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “氧气”），体积约占空气总体积的 1/5；
3. 空气中剩余约 4/5 的气体（后命名为 “氮气”），化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应。
二、实验探究空气的组成
1.分析硫、碳、磷、石蜡、铜、铁这几种物质，哪些适合作为测定空气中氧气含量实验的药品？为什么？测定空气中氧气含量实验，选择药品需满足哪些原则？
（1）铜和红磷适合。硫、碳、石蜡与氧气反应分别生成二氧化硫、二氧化碳、二氧化碳和水（均为气体），无法形成装置内外压强差，不能准确测定氧气含量；铁仅在纯氧中才能点燃，在空气中无法与氧气充分反应，不符合要求；铜在加热条件下能与氧气反应生成固体氧化铜，红磷燃烧生成固体五氧化二磷，均满足药品选择原则。
（2）药品的选择原则：
①能与氧气发生反应；②不能与氧气之外的气体反应；③生成物不能有气体（生成物为固体）。
2.铜粉测定空气中氧气含量实验的原理是什么（用文字表达式表示）？
3.铜粉测定空气中氧气含量实验的主要步骤有哪些？
①将一只硬质玻璃管注满水，倒入量筒，记录体积；
②在另一只硬质玻璃管中装入铜粉并塞上橡胶塞，观察铜粉颜色，点燃酒精灯，左右移动预热试管；
③加热玻璃管中的铜，同时推拉注射器的活塞；
④ 停止加热后，将气球内的气体全部挤入注射器，待注射器活塞稳定后，记录体积；
⑤读取剩余气体的体积，记录实验结果。
4.若实验前测定硬质玻璃管体积为 50mL，注射器中空气体积为 25mL，实验后注射器中空气体积为 10mL，该实验中空气中氧气的体积分数是多少（写出计算过程）？
气体体积减少量为25mL - 10mL = 15mL，反应前空气总体积为50mL + 25mL = 75mL，空气中氧气的体积分数为×100% = 20%。
5.红磷测定空气中氧气含量实验的原理是什么（用文字表达式表示）？
6.红磷测定空气中氧气含量实验的主要步骤有哪些？
①连接装置，并检查装置的气密性；
②用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子；
③待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。
7.该实验会观察到哪些现象？能得出什么结论？
实验现象：红磷燃烧，产生大量白烟，反应放热；冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的 1/5。结论：氧气约占空气总体积的 1/5。
一、新课引入
活动一：新课导入
问题探究：航天员在太空驻留半年，太空中没有空气要如何呼吸呢？航天员在太空中是如何解决呼吸问题的？
答案：航天器的生命保障系统会“变废为宝”。航天员呼出的二氧化碳，通过化学反应与氢气结合，转化为氧气和水，水又继续电解为氢气和氧气，实现氧气的循环再生。
问题探究：在冥古宙时期，地球的空气成分有什么特点？
答案：在冥古宙时期（约 45 - 40 亿年前），地球的空气中富含、、及一定量、等，几乎没有，那时候地球上没有生命存在，环境极端恶劣，高温、频繁火山活动。
二、定量认识空气的组成
活动一：拉瓦锡测定空气组成实验
问题探究：结合生活常识和过去所学，空气的主要成分有哪些
答案：空气的主要成分有氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。现在已知的空气成分比例为：氩气约 0.934%，二氧化碳约 0.038%，其他约 0.002%，氧气约 21%，氮气约 78%。
问题探究：拉瓦锡把少量汞放入密闭容器后加热，这个实验的原理是什么？
答案：拉瓦锡实验的原理是：可燃物消耗氧气→密闭容器压强减小→体积变化→玻璃钟罩水倒流→液面上升。
问题探究：拉瓦锡的探究实验现象是什么？能得出什么结论？
答案：实验现象：第一阶段，将汞置于密闭容器中，持续加热 12 天，加热初期，汞表面出现红色粉末（氧化汞），且红色粉末逐渐增多；12 天后，红色粉末不再增加，容器内气体体积明显减少，约减少原空气体积的 1/5；剩余气体（约占原体积 4/5）通入澄清石灰水，石灰水不变浑浊；将燃着的木条伸入，木条立即熄灭。 结论：（1）空气是混合物：空气并非单一物质，而是由多种气体组成的混合物。（2）氧气的体积分数：空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “氧气”），体积约占空气总体积的 1/5。（3）氮气的性质与占比：空气中剩余约 4/5 的气体（后命名为 “氮气”），化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应，是空气的重要组成部分。
问题探究：拉瓦锡的实验为什么要在密闭的容器中进行？
答案：防止气体逸出或外界气体进入，保证气体体积测量准确，排除外界干扰，确保反应只发生在汞与空气成分之间。
典例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
【详解】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。
典例2：两百年前化学家拉瓦锡研究了空气的组成，装置如图，下列说法错误的是
A．曲颈甑和玻璃钟罩的汞都发生了化学反应 B．反应结束后玻璃钟罩内的汞液面上升
C．实验验证了空气的组成不是单一的气体 D．加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气
【答案】A
【详解】A、在该实验中，曲颈甑中的汞与空气中的氧气反应生成氧化汞，玻璃钟罩的汞未发生化学反应，故选项说法不正确；
B、实验结束后能观察到玻璃钟罩内的汞液面上升，是因为氧气消耗导致密封装置中的气压减小，故选项说法正确；
C、在该实验中，一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大约减少了，说明空气中除了氧气外，还有的其它气体，故选项说法正确；
D、曲颈甑、玻璃钟罩、汞槽共同组成了密闭的环境，在实验中，加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气，故选项说法正确。
故选A。
三、实验探究空气的组成
活动二：分情况讨论产生误差的情况
问题探究：拉瓦锡的实验中汞有毒，无法在实验室使用，我们要寻找替代药品，选择的药品需要满足什么要求呢？
答案：选择的药品需要满足以下要求：能与氧气发生反应；不能与氧气之外的气体反应；生成物不能有气体（生成物为固体）。
问题探究：硫、碳、磷、石蜡 、铜、铁与氧气反应，哪些物质符合上述药品选择原则？
答案：硫、碳、石蜡反应生成气体，无法形成压强差；铁在纯氧中才可以点燃，不符合要求；最终选择出铜和红磷都是适合探究空气中氧气含量的药品。
活动三：铜粉测定空气中氧气含量的实验
问题探究：用铜粉测定空气中氧气含量的实验中，为什么要不断推拉注射器？气球有什么作用？
答案：不断推拉注射器是为了推动空气流动，使氧气与铜粉充分反应；气球的作用是平衡气压。
问题探究：该实验测量了哪些实验数据？如何处理数据得到空气中氧气的体积分数？
答案：例如实验前测定硬质玻璃管体积为 50ml，注射器中空气体积为 25ml，实验后注射器中空气体积为 10ml，气体体积减少了 15ml。通过计算%，即，得出结论氧气体积约占空气体积的五分之一。
问题探究：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
答案：结果偏大可能是气球内气体未全部挤出；结果偏小可能是铜粉量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、氧气有剩余（反应时间不够）、达不到反应温度。
活动四：红磷测定空气中氧气含量的实验
问题探究：红磷测定空气中氧气含量的实验步骤有哪些？
答案：（1）连接装置，并检查装置的气密性。（2）用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子。（3）待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。
问题探究：红磷测定空气中氧气含量的实验现象是什么？能得出什么结论？
答案：实验现象是红磷燃烧，产生大量白烟，反应放热；冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的五分之一；结论是氧气约占空气总体积的五分之一。
问题探究：实验过程中要注意些什么？为什么集气瓶底部要预留少量水？
答案：实验前需检查装置气密性，用酒精灯点燃红磷后，需快速将红磷伸入集气瓶并塞紧橡胶塞；反应前关闭弹簧夹，红磷熄灭后，需待集气瓶完全冷却至室温，再打开弹簧夹；集气瓶底部预留少量水是为了防止反应局部放热使瓶底炸裂，吸收有毒的五氧化二磷。
问题探究：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
答案：结果偏大可能是点燃红磷后伸入集气瓶内，没有及时迅速地塞紧胶塞（塞入过慢）、止水夹未夹紧；结果偏小可能是红磷量不足、装置漏气、未冷却至室温就读数、没有冷却就打开止水夹。
典例1：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．红磷燃烧产生大量的白色烟雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
C．实验前要检查装置的气密性
D．实验时红磷一定要足量，耗尽氧气
【答案】B
【详解】A、实验结束，装置冷却至室温后，打开弹簧夹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、红磷燃烧产生大量的白烟（不是烟雾），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；
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、实验时红磷一定要过量，否则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。
故选B。
典例2：为测定空气中氧气含量的实验装置，兴趣小组的同学设计以下实验装置完成实验（装置气密性良好，药品充足，部分装置省略）。已知：实验前注射器活塞位于40mL处，玻璃管容积为80mL，气球中没有空气。下列说法不合理的是
A．实验过程中，观察到红色铜粉变为黑色
B．加热时要多次缓慢推拉注射器，使铜粉与氧气充分反应
C．充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射器活塞应停在约24mL刻度处
D．停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读数，则测得氧气的含量结果偏大
【答案】C
【详解】A、实验过程中，铜和氧气加热生成氧化铜，可观察到红色铜粉变为黑色，故选项说法合理；
B、加热时要多次缓慢推拉注射器，可使铜粉与氧气充分接触，从而完全反应，故选项说法合理；
C、铜和氧气加热生成氧化铜，消耗氧气的质量约占空气体积的五分之一，消耗氧气的体积为，充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射器活塞应停在约40mL-24mL=16mL刻度处，故选项说法不合理；
D、实验前气球中没有空气，停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读数，气球内的气体占据一定体积，则会导致测得氧气的含量结果偏大，故选项说法合理；
故选C。
定量认识空气的组成
1.空气主要成分及体积分数
成分 体积分数 备注
氮气（N2） 约 78% 化学性质稳定
氧气（O2） 约 21% 支持燃烧、供呼吸
氩气（Ar） 约 0.934% 稀有气体
二氧化碳（CO2） 约 0.038% 植物光合作用原料
其他气体 约 0.002% 含氦、氖等稀有气体
2.拉瓦锡测定空气组成实验
项目分类 具体内容
实验原理 可燃物（汞）消耗密闭容器中的氧气（O ）→ 容器内气体压强减小 → 气体体积变化 → 外界液体（汞槽中的汞）倒流，通过体积变化推算氧气含量
实验步骤 实验现象 实验结论
第一阶段（汞与空气反应）： 在密闭容器中加热汞，持续 12 天，观察实验现象 1.汞表面逐渐出现红色粉末（即氧化汞） 1. 汞能与空气中的氧气发生化学反应，生成固态的氧化汞；
2.加热 2 天后，红色粉末不再增加 2. 空气中氧气的消耗达到一定程度后反应停止，说明空气中氧气含量有限；
3.密闭容器内气体体积减少约 1/5 3. 初步推断空气中氧气的体积约占空气总体积的 1/5。
2. 第二阶段（氧化汞分解）：单独加热第一阶段生成的红色氧化汞固体，观察实验现象 1. 红色氧化汞粉末逐渐分解，生成银白色的汞（液态）和一种无色气体 1. 氧化汞分解可产生氧气，直接证明氧气是空气的组成成分；
2. 将燃着的木条伸入生成的气体中，木条燃烧更剧烈 2. 木条燃烧更剧烈，验证了氧气具有支持燃烧的化学性质；
3. 生成气体的体积与第一阶段密闭容器中减少的气体体积相等 3. 气体体积相等，进一步确认第一阶段消耗的气体就是氧气，空气是由氧气、氮气（及少量其他气体）组成的混合物
实验关键 必须在密闭容器中进行实验，防止容器内气体逸出或外界气体进入，确保气体体积测量结果准确
实验结论 1. 空气是混合物，并非单一物质
2. 氧气（O2）的体积约占空气总体积的 1/5
3. 剩余约 4/5 的气体（主要为氮气，N2）化学性质稳定：不与汞反应、不支持燃烧、也不与澄清石灰水反应
二、实验探究空气的组成
1.药品选择的原则
（1）能与 O 反应，不与空气中其他气体反应；
（2）反应后生成物为固体（无气体，避免影响压强差）
2.铜和红磷测定空气的组成实验对比
对比项目 铜粉加热实验 红磷燃烧实验
反应原理
实验装置 硬质玻璃管、注射器、气球、酒精灯 集气瓶、燃烧匙、弹簧夹、导管、水槽
关键操作及原因 加热时推拉注射器：推动空气流动，使 O2与铜粉充分反应； 气球作用：平衡压强； 3. 铜粉过量：耗尽O2 1. 实验前检查气密性：防漏气； 2. 点燃红磷后快速塞胶塞：防空气逸出；3. 冷却至室温后打开弹簧夹：避免温度影响压强； 4. 集气瓶底留水：①防瓶底炸裂；②吸收有毒五氧化二磷
实验现象 1.铜粉由红色变为黑色； 2. 注射器活塞最终左移 1. 红磷燃烧产生大量白烟； 2. 冷却后水进入集气瓶，体积约占 1/5
实验结论 均证明：O2体积约占空气总体积的 1/5
3.误差分析
实验类型 结果偏小的原因（O2体积测量值＜1/5） 结果偏大的原因（O2体积测量值＞1/5）
铜粉加热实验 铜粉量不足，O 未耗尽； 装置漏气； 未冷却至室温读数； 4. 未将气球内气体挤入注射器 1. 气球内气体未全部挤出； 2. 加热时注射器活塞推得过快，空气逸出
红磷燃烧实验 红磷量不足； 装置漏气； 未冷却至室温开弹簧夹； 4. 导管内残留水 1. 点燃红磷后伸入过慢，空气逸出； 2. 弹簧夹未夹紧，加热时空气逸出
1.某项目式学习小组按下图完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气瓶的水量低于“1”刻度线，几位同学对测量值偏小的原因分析如下，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点
A．甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽
B．乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出
C．丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入容器的水滞留在导管中
D．丁：由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，影响测量结果
【答案】B
【详解】A、红磷的量不足时，无法将集气瓶内的氧气完全消耗掉，这样会导致进入集气瓶的水的体积偏小，从而使测量结果偏小，该观点合理。
B、如果将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出，那么集气瓶内的空气总量就会减少，消耗的氧气量不变的情况下，进入集气瓶的水的体积应该偏大，而不是偏小，该观点不合理。
C、 实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入容器的水滞留在导管中，这会使得进入集气瓶的水的体积减少，从而导致测量结果偏小，该观点合理。
D、 由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，可能会在读取刻度时产生误差，进而影响测量结果，使测量值偏小，该观点合理。
故选B。
2．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。加热试管，红磷（足量）开始燃烧，待红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．要达到实验目的，试管中的红磷可以更换为木炭
B．红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到注射器活塞不再移动才能读数
C．若注射器中的水最终减少了，说明空气中氧气的体积分数约为
D．该实验可说明不支持燃烧
【答案】A
【详解】A、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，装置内压强变化不大，测得结果偏小，因此不能将试管中的红磷更换为木炭，故选项说法不正确；
B、红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到注射器活塞不再移动才能读数，否则测定结果偏小，故选项说法正确；
C、若注射器中的水最终减少了，说明试管中氧气的体积为10mL，则空气中氧气的体积分数约为，故选项说法正确；
D、红磷燃烧把氧气耗尽，剩余气体的成分主要是氮气，足量的红磷燃烧一段时间后熄灭，说明氮气不能燃烧，不能支持燃烧，故选项说法正确。
故选A。
考点1定量认识空气的组成
1．历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．门捷列夫 B．拉瓦锡 C．闵恩泽 D．道尔顿
【答案】B
【详解】A、门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，故选项不符合题意；
B、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，故选项符合题意；
C、闵恩泽是中国著名的石油化工催化剂专家，在化学领域有重要贡献，故选项不符合题意；
D、道尔顿提出原子论，故选项不符合题意；
故选：B。
2．拉瓦锡利用如图实验研究空气成分，下列说法合理的是
A．汞槽和曲颈甑中汞的作用都是消耗氧气
B．曲颈甑中的汞量过少不影响测定结果
C．结束加热后不需冷却，立即测量玻璃钟罩中汞柱上升的高度
D．实验结束后，发现曲颈甑中剩余气体不支持燃烧，说明空气为混合物
【答案】D
【详解】A、曲颈甑中汞在加热条件下与氧气反应生成氧化汞，汞槽中汞的作用是形成液封，说法错误，不符合题意；
B、曲颈甑中的汞量过少，则曲颈甑中的氧气不能完全反应，从而影响测定结果，说法错误，不符合题意；
C、结束加热后不冷却，立即测量玻璃钟罩中汞柱上升的高度，此时剩余气体在受热状态下，处于膨胀状态，会使测定结果偏小，应在冷却至室温后再测定，说法错误，不符合题意；
D、实验结束后，发现曲颈甑中剩余气体不支持燃烧，说明空气中至少存在两种物质，进一步说明空气为混合物，说法正确，符合题意。
故选：D。
3．如图为拉瓦锡用定量的方法研究空气成分的实验装置。下列有关说法中不正确的是
资料卡片：
汞 密度： 沸点： 加热至沸时与氧气反应 氧化汞 密度： 不能溶于汞 分解温度：
A．汞在加热的条件下只与氧气反应 B．汞几乎能将密闭装置中的氧气耗尽
C．无法观察到装置中气体体积的变化 D．汞槽中的汞起到了液封的作用
【答案】C
【详解】A、加热时，汞只和氧气反应，不与空气中其他成分反应，该选项说法正确；
B、汞能将装置中的氧气几乎耗尽，该选项说法正确；
C、汞消耗氧气，装置中的气体减少，压强减小，则玻璃钟罩中的液面上升，且液面上升的体积为消耗的氧气的体积，该选项说法不正确；
D、汞槽中的汞起到液封的作用，该选项说法正确。
故选C。
考点2 实验探究空气的组成
4.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
【详解】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。
5.如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水，下列说法中不正确的是
A．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
B．实验时红磷一定要过量
C．实验前一定要检验装置的气密性
D．该实验证明空气中氧气的含量约占总体积的
【答案】A
【详解】A、红磷燃烧产生大量白烟，烟是固体小颗粒，雾是液体小液滴小液滴，火焰熄灭后，待装置冷却到室温再打开止水夹，防止瓶内温度高，压强大，流入水的体积偏少，导致测定结果偏低，故A选项符合题意；
B、实验时红磷一定要过量，以免红磷的量不足导致氧气不能完全消耗，使得测定结果偏低，故B选项不符合题意；
C、实验前一定要检验装置的气密性，装置漏气会导致测定结果偏低，故C选项不符合题意；
D、最终流入水的体积约占集气瓶内空气体积的五分之一，证明氧气约占空气体积的五分之一，故D选项不符合题意。
故选A。
6.化学是以实验为基础的学科，请回答下列问题。
小明同学查阅资料发现P2O5有毒，在教材实验的启发下做了实验改进（如图所示），用于测定空气中O2的含量。回答下列问题：
(1)实验前需检查装置的 。
(2)实验中需要提供足量的 （填“铜粉”或“空气”）；在实验中反复推拉注射器是为了 。
(3)改进后的实验的优点是 。（答一点）。
【答案】(1)气密性
(2) 铜粉 尽可能消耗装置中氧气
(3)装置始终密闭，实验更环保，实验结果更准确
【详解】（1）为了防止装置漏气，实验前需检查装置的气密性；
（2）为了消耗尽装置内的氧气，实验中需要提供足量的铜粉，在实验中反复推拉注射器是为了尽可能消耗装置中氧气；
（3）改进后的实验的优点是装置始终密闭，实验更环保，实验结果更准确。
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第一节 空气的组成
第1课时 定量认识空气的组成
一、知识目标
1.准确说出空气的主要成分，牢记各成分的体积分数，理解拉瓦锡测定空气组成实验的原理、方法与结论。
2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理，清晰描述红磷燃烧实验的操作步骤，区分铜粉加热实验与红磷实验的反应过程差异。
3.对比铜粉与红磷实验的误差，推理误差对结果的影响并提出改进方案。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识空气的组成成分及各成分的含量，从微观角度理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析推理，构建原理 - 操作 - 误差认知模型，提升化学实验问题解决力。
3.科学探究与创新意识：通过实验探究空气的组成，培养严谨的实验态度和科学探究精神，体会科学研究中关注细节和不忽视异常现象的重要性。
一、学习重点
1.空气的组成成分及各成分的体积分数。
2.拉瓦锡实验的原理和结论。
3.测定空气中氧气含量的实验原理和操作。
二、学习难点
1.理解拉瓦锡实验和其他测定氧气含量实验的原理。
2.分析实验误差产生的原因并提出改进方案。。
一、定量认识空气的组成
1.结合生活常识和已有知识，你认为空气的主要成分有哪些？请尝试写出你已知的成分名称。
（N2）约78% （O2）约21% 氩气（Ar）约0.934% 二氧化碳（CO2）约0.038% 其他气体约0.002%
2.1775 年哪位科学家首次测定了空气中氧气的含量？他使用的实验药品是什么？
1775 年 首次测定了空气中氧气的含量，他使用的实验药品是 （Hg）。
3.请简要描述拉瓦锡实验中 “汞与空气反应” 阶段的实验现象（至少写出 2 点）。
拉瓦锡实验中 “汞与空气反应” 阶段的实验现象：①银白色的液态汞表面逐渐生成红色的粉末状物质（ ）；②密闭容器内的空气体积逐渐减少，玻璃钟罩内的液面逐渐 。
4.拉瓦锡测定空气组成实验的核心原理是 “可燃物消耗氧气→密闭容器压强减小→体积变化→玻璃钟罩水倒流→液面上升”，请结合该原理分析：为什么实验必须在密闭容器中进行？若容器不密闭，会对实验结果产生什么影响？
实验必须在密闭容器中进行的原因：只有在密闭容器中，可燃物消耗氧气后，容器内的气体才不会与外界空气发生交换，才能形成 。若容器不密闭，外界空气会进入容器内补充消耗氧气所减少的体积，导致容器内压强变化不明显或无变化，最终无法通过液面上升等现象准确测定空气中氧气的含量，使测量结果 。
5.拉瓦锡通过这一实验得到了哪些结论？
1. 空气是 ，并非单一物质；
2. 空气中能与汞反应（支持燃烧、供呼吸）的气体（后命名为 “ ”），体积约占空气总体积的 ；
3. 空气中剩余约 的气体（后命名为 “ ”），化学性质稳定，不与汞反应、不支持燃烧，也不与澄清石灰水反应。
二、实验探究空气的组成
1.分析硫、碳、磷、石蜡、铜、铁这几种物质，哪些适合作为测定空气中氧气含量实验的药品？为什么？测定空气中氧气含量实验，选择药品需满足哪些原则？
（1）铜和红磷适合。硫、碳、石蜡与氧气反应分别生成二氧化硫、二氧化碳、二氧化碳和水（均为 ），无法形成装置 ，不能准确测定氧气含量；铁仅在纯氧中才能点燃，在空气中无法与氧气充分反应，不符合要求； 在加热条件下能与氧气反应生成固体氧化铜， 燃烧生成固体五氧化二磷，均满足药品选择原则。
（2）药品的选择原则：
①能与 发生反应；②不能与氧气之外的气体反应；③生成物不能有气体（生成物为 ）。
2.铜粉测定空气中氧气含量实验的原理是什么（用文字表达式表示）？
3.铜粉测定空气中氧气含量实验的主要步骤有哪些？
①将一只 注满水，倒入量筒，记录体积；
②在另一只硬质玻璃管中装入铜粉并塞上橡胶塞，观察铜粉颜色，点燃酒精灯，左右移动预热试管；
③加热玻璃管中的铜，同时 的活塞；
④ 停止加热后，将气球内的气体全部挤入注射器，待注射器活塞稳定后，记录体积；
⑤读取剩余气体的体积，记录实验结果。
4.若实验前测定硬质玻璃管体积为 50mL，注射器中空气体积为 25mL，实验后注射器中空气体积为 10mL，该实验中空气中氧气的体积分数是多少（写出计算过程）？
气体体积减少量为25mL - 10mL = ，反应前空气总体积为50mL + 25mL = ，空气中氧气的体积分数为 。
5.红磷测定空气中氧气含量实验的原理是什么（用文字表达式表示）？
6.红磷测定空气中氧气含量实验的主要步骤有哪些？
①连接装置，并检查装置的 ；
②用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子；
③待红磷熄灭并冷却 后，打开弹簧夹。
7.该实验会观察到哪些现象？能得出什么结论？
实验现象：红磷燃烧，产生大量 ，反应放热；冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的 。结论：氧气约占空气总体积的 。
一、新课引入
活动一：新课导入
问题探究：航天员在太空驻留半年，太空中没有空气要如何呼吸呢？航天员在太空中是如何解决呼吸问题的？
问题探究：在冥古宙时期，地球的空气成分有什么特点？
二、定量认识空气的组成
活动一：拉瓦锡测定空气组成实验
问题探究：结合生活常识和过去所学，空气的主要成分有哪些
问题探究：拉瓦锡把少量汞放入密闭容器后加热，这个实验的原理是什么？
问题探究：拉瓦锡的探究实验现象是什么？能得出什么结论？
问题探究：拉瓦锡的实验为什么要在密闭的容器中进行？
典例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
典例2：两百年前化学家拉瓦锡研究了空气的组成，装置如图，下列说法错误的是
A．曲颈甑和玻璃钟罩的汞都发生了化学反应 B．反应结束后玻璃钟罩内的汞液面上升
C．实验验证了空气的组成不是单一的气体 D．加热汞消耗了曲颈甑和玻璃钟罩中的氧气
三、实验探究空气的组成
活动二：分情况讨论产生误差的情况
问题探究：拉瓦锡的实验中汞有毒，无法在实验室使用，我们要寻找替代药品，选择的药品需要满足什么要求呢？
问题探究：硫、碳、磷、石蜡 、铜、铁与氧气反应，哪些物质符合上述药品选择原则？
活动三：铜粉测定空气中氧气含量的实验
问题探究：用铜粉测定空气中氧气含量的实验中，为什么要不断推拉注射器？气球有什么作用？
问题探究：该实验测量了哪些实验数据？如何处理数据得到空气中氧气的体积分数？
问题探究：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
活动四：红磷测定空气中氧气含量的实验
问题探究：红磷测定空气中氧气含量的实验步骤有哪些？
问题探究：红磷测定空气中氧气含量的实验现象是什么？能得出什么结论？
问题探究：实验过程中要注意些什么？为什么集气瓶底部要预留少量水？
问题探究：实验过程中如果得到的结果偏大，可能是什么原因？如果结果偏小，可能是什么原因？
典例1：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．红磷燃烧产生大量的白色烟雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
C．实验前要检查装置的气密性
D．实验时红磷一定要足量，耗尽氧气
典例2：为测定空气中氧气含量的实验装置，兴趣小组的同学设计以下实验装置完成实验（装置气密性良好，药品充足，部分装置省略）。已知：实验前注射器活塞位于40mL处，玻璃管容积为80mL，气球中没有空气。下列说法不合理的是
A．实验过程中，观察到红色铜粉变为黑色
B．加热时要多次缓慢推拉注射器，使铜粉与氧气充分反应
C．充分反应后，冷却至室温，使气球恢复原状，此时注射器活塞应停在约24mL刻度处
D．停止加热，玻璃管冷却后，若气球内气体没有挤出就读数，则测得氧气的含量结果偏大
定量认识空气的组成
1.空气主要成分及体积分数
成分 体积分数 备注
（N2） 约 78% 化学性质稳定
（O2） 约 21% 支持燃烧、供呼吸
氩气（Ar） 约 0.934% 稀有气体
二氧化碳（CO2） 约 0.038% 植物光合作用原料
其他气体 约 0.002% 含氦、氖等稀有气体
2.拉瓦锡测定空气组成实验
项目分类 具体内容
实验原理 可燃物（汞）消耗 中的氧气（O ）→ 容器内气体 减小 → 气体体积变化 → 外界液体（汞槽中的汞）倒流，通过体积变化推算氧气含量
实验步骤 实验现象 实验结论
第一阶段（汞与空气反应）： 在密闭容器中加热汞，持续 12 天，观察实验现象 1.汞表面逐渐出现红色粉末（即 ） 1. 汞能与空气中的氧气发生化学反应，生成固态的氧化汞；
2.加热 2 天后，红色粉末不再增加 2. 空气中氧气的消耗达到一定程度后反应停止，说明空气中氧气含量有限；
3.密闭容器内气体体积减少约 1/5 3. 初步推断空气中氧气的体积约占空气总体积的 。
2. 第二阶段（氧化汞分解）：单独加热第一阶段生成的红色氧化汞固体，观察实验现象 1. 红色氧化汞粉末逐渐分解，生成银白色的汞（液态）和一种无色气体 1. 氧化汞分解可产生氧气，直接证明氧气是空气的组成成分；
2. 将燃着的木条伸入生成的气体中，木条燃烧更剧烈 2. 木条燃烧更剧烈，验证了氧气具有 的化学性质；
3. 生成气体的体积与第一阶段密闭容器中减少的气体体积相等 3. 气体体积相等，进一步确认第一阶段消耗的气体就是氧气，空气是由氧气、氮气（及少量其他气体）组成的混合物
实验关键 必须在密闭容器中进行实验，防止容器内气体逸出或外界气体进入，确保气体体积测量结果准确
实验结论 1. 空气是 ，并非单一物质
2. （O2）的体积约占空气总体积的 1/5
3. 剩余约 的气体（主要为氮气，N2）化学性质 ：不与汞反应、不支持燃烧、也不与澄清石灰水反应
二、实验探究空气的组成
1.药品选择的原则
（1）能与 O 反应，不与空气中其他气体反应；
（2）反应后生成物为固体（无气体，避免影响压强差）
2.铜和红磷测定空气的组成实验对比
对比项目 铜粉加热实验 红磷燃烧实验
反应原理
实验装置 硬质玻璃管、注射器、气球、酒精灯 集气瓶、燃烧匙、弹簧夹、导管、水槽
关键操作及原因 加热时推拉注射器：推动空气流动，使 O2与铜粉 ； 气球作用： ； 3. 铜粉过量：耗尽O2 1. 实验前检查 ：防漏气； 2. 点燃红磷后快速塞胶塞：防空气逸出；3. 冷却至室温后打开弹簧夹：避免温度影响压强； 4. 集气瓶底留水：①防瓶底 ；②吸收有毒五氧化二磷
实验现象 1.铜粉由红色变为 ； 2. 注射器活塞最终左移 1. 红磷燃烧产生大量 ； 2. 冷却后水进入集气瓶，体积约占 1/5
实验结论 均证明：O2体积约占空气总体积的 1/5
3.误差分析
实验类型 结果偏小的原因（O2体积测量值＜1/5） 结果偏大的原因（O2体积测量值＞1/5）
铜粉加热实验 铜粉量不足，O 未耗尽； 装置 ； 未 读数； 4. 未将气球内气体挤入注射器 1. 气球内气体未全部挤出； 2. 加热时注射器活塞推得过快，空气逸出
红磷燃烧实验 红磷量不足； ； 未冷却至室温开弹簧夹； 4. 导管内残留水 1. 点燃红磷后伸入过慢，空气逸出； 2. 弹簧夹未夹紧，加热时空气逸出
1.某项目式学习小组按下图完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气瓶的水量低于“1”刻度线，几位同学对测量值偏小的原因分析如下，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点
A．甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽
B．乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出
C．丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入容器的水滞留在导管中
D．丁：由于集气瓶的形状造成很难均分成五等份，影响测量结果
2．用如图所示装置来测定空气中氧气的含量。加热试管，红磷（足量）开始燃烧，待红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．要达到实验目的，试管中的红磷可以更换为木炭
B．红磷燃烧冷却至室温后打开弹簧夹，要等到注射器活塞不再移动才能读数
C．若注射器中的水最终减少了，说明空气中氧气的体积分数约为
D．该实验可说明不支持燃烧
考点1定量认识空气的组成
1．历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．门捷列夫 B．拉瓦锡 C．闵恩泽 D．道尔顿
2．拉瓦锡利用如图实验研究空气成分，下列说法合理的是
A．汞槽和曲颈甑中汞的作用都是消耗氧气
B．曲颈甑中的汞量过少不影响测定结果
C．结束加热后不需冷却，立即测量玻璃钟罩中汞柱上升的高度
D．实验结束后，发现曲颈甑中剩余气体不支持燃烧，说明空气为混合物
3．如图为拉瓦锡用定量的方法研究空气成分的实验装置。下列有关说法中不正确的是
资料卡片：
A．汞在加热的条件下只与氧气反应 B．汞几乎能将密闭装置中的氧气耗尽
C．无法观察到装置中气体体积的变化 D．汞槽中的汞起到了液封的作用
考点2 实验探究空气的组成
4.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
5.如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水，下列说法中不正确的是
A．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
B．实验时红磷一定要过量
C．实验前一定要检验装置的气密性
D．该实验证明空气中氧气的含量约占总体积的
6.化学是以实验为基础的学科，请回答下列问题。
小明同学查阅资料发现P2O5有毒，在教材实验的启发下做了实验改进（如图所示），用于测定空气中O2的含量。回答下列问题：
(1)实验前需检查装置的 。
(2)实验中需要提供足量的 （填“铜粉”或“空气”）；在实验中反复推拉注射器是为了 。
(3)改进后的实验的优点是 。（答一点）。
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