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第1章第1节 空气的成分1学案
一、学习目标
1. 知道空气的主要成分，了解拉瓦锡研究空气成分的实验。
2. 掌握测定空气中氧气含量的实验原理、装置、现象和结论。
3. 了解氮气、稀有气体等空气成分的主要性质和用途。
4. 认识空气是一种重要的自然资源，增强环保意识。
二、学习重点与难点
学习重点
1. 空气的成分及其体积分数。
2. 测定空气中氧气含量的实验原理、现象和结论。
学习难点
1. 测定空气中氧气含量实验的原理理解。
2. 从实验现象推导实验结论的逻辑过程。
三、学习过程
（一）空气的成分发现史
1. 18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。
2. 实验方法：将少量汞放入曲颈瓶内连续加热12天。
3. 实验现象：汞的液面出现红色粉末，同时容器内气体体积减少了约1/5。
4. 实验结论：空气由氧气（约占1/5）和氮气（约占4/5）组成。
（二）空气中氧气含量的测定
1. 实验装置：集气瓶、燃烧匙、红磷、止水夹、导管、烧杯、水等。
2. 实验步骤：
（1）在集气瓶内加入少量水，并将剩余容积分成5等份，做好标记。
（2）点燃燃烧匙内的红磷，迅速伸入集气瓶中，立即塞紧瓶塞。
（3）待红磷熄灭，装置冷却至室温后，打开止水夹。
3. 实验现象：红磷燃烧，发出黄白色火焰，产生大量白烟；冷却后打开止水夹，烧杯中的水进入集气瓶，水面上升至集气瓶内原气体体积的约1/5处。
4. 实验原理：红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固体，使瓶内气压减小，大气压将水压入瓶中。
5. 文字表达式：磷 + 氧气 → 五氧化二磷
6. 实验结论：空气中氧气约占总体积的1/5。
（三）空气的成分及体积分数
按体积分数计算：氮气（约78%）、氧气（约21%）、稀有气体（约0.93%）、二氧化碳（约0.04%）、其他气体和杂质（约0.03%）
（四）空气是一种重要的自然资源
1. 氧气的用途：（1）医用氧：救治病人。（2）工业氧：炼钢、气焊等。
2. 氮气的用途：（1）制造硝酸、炸药和氮肥。（2）用作保护气：焊接金属、灯泡充气、食品保鲜。（3）液态氮：冷冻剂（医疗麻醉、冷藏细胞、创造超导环境）。
3. 稀有气体的用途：（1）保护气：焊接金属时隔绝空气。（2）电光源：航标灯、闪光灯、霓虹灯。（3）激光技术、医疗麻醉（氙气）、制造低温环境（氦气）。
注意：通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。
四、当堂检测
1．小科通过微信公众号“胜哥课程”知道了空气中各成分性质和用途，下列关于空气中成分的说法中不正确的是 (　　)
A．食品包装中充氮气可以防变质 B．硫在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C．鱼虾在水中生存是因为氧气易溶于水 D．稀有气体通电时能发光，可制成电光源
2．下列有关空气中各成分性质和用途，说法正确的是（　　）
A．氧气可以供给呼吸，也可以燃烧
B．稀有气体化学性质不活泼，可作保护气
C．氮气的化学性质比较活泼，是制造化肥、炸药的重要原料
D．二氧化碳会被植物吸收转化成氧气，二氧化碳的排放量对环境没有影响
3．空气是一种宝贵的自然资源，人类可以从这种自然资源中获取多种有用的气体。下列有用气体不可能直接从空气分离获得的是（　　）
A．用作医疗急救的氧气 B．用作清洁燃料的氢气
C．用作食品防腐剂的氮气 D．用作焊接保护气的稀有气体
4．中国空间站承担着国家重要领域的科技实验任务，空间站中的“人造空气”与地球空气成分含量基本相同，其中体积分数最大的是（　　）
A．氧气
B．氮气
C．二氧化碳
D．稀有气体
5．“胜哥”在如图所示的密闭装置中进行白磷燃烧实验，在白磷被点燃至装置恢复到室温的这段时间内，集气瓶中的气压随时间变化的图象最接近(　　)
A． B．C． D．
6．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．实验前图1瓶中装水的主要作用是吸热并吸收五氧化二磷
B．图1中表明氧气含量的现象是瓶中水面上升至1左右
C．图2中a点到b点是由于反应产热使瓶内压强增大
D．图2中b点对应的操作是打开弹簧夹
7．“胜哥”利用如图所示的改进装置测定空气中氧气的含量。胶头滴管中的水接触生石灰一段时间后，白磷开始燃烧，待白磷熄灭冷却至室温后打开止水夹。下列关于该实验的描述正确的是（　　）
A．白磷不足会使测定结果偏大
B．滴管中的水和注射器中的水作用相同
C．试管中的细沙可防止试管炸裂
D．注射器中的活塞先左移再右移，最终停留在10mL刻度处
8．如图实验，“胜哥”关闭止水夹，通电使红磷燃烧。
（1）燃烧的现象是　 　。
（2）红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，你认为可能的原因是　 。
（3）冷却后，松开止水夹，你观察到的现象为　 　。
9．“胜哥”带着收集到的气体来到实验室，用巧妙的办法来测定氧气的含量。开始前的装置如图所示，其中暖宝宝贴(主要成分为铁粉、木炭、食盐)的热量来源于铁粉的氧化。为保证实验准确度，实验前必须　 　；实验后必须等　 　时才能记录量筒内剩余水的体积：若最后流入玻璃瓶(容积为270毫升)中的水的体积为45毫升(铁粉生锈消耗的水忽略不计)，所测空气中氧气的体积分数为　 　。
10．磷的燃烧在生活生产中有着广泛的应用价值。
（1）红磷在空气中燃烧冒出　 　，军事上常用来制作烟幕弹，红磷燃烧的化学方程式为　 　。
（2）“胜哥”利用红磷燃烧测定空气中氧气含量，实验过程如图所示，他测得氧气体积分数约为　 　% ，燃烧结束后试管中剩余气体主要是　 　(填化学式)。
11．小科在“探究空气中氧气含量”的实验时设计了如下图甲的思维模型：
他用一个有刻度的去底带塞子的瓶子，塞子上插入温度计和粘有“暖宝宝”贴的铜丝，实验装置如图乙所示。查阅资料发现：“暖宝宝”贴内含有铁、活性炭、无机盐、水等物质，可在空气中吸收氧气发生放热反应， “暖宝宝”贴吸氧能力强，放热迅速。
（1）实验中“小科利用暖宝宝贴消耗空气中的氧气”这一步骤属于上述思维模型中的　 　。
（2）瓶内液面的最终情况为　 　。
（3）若温度计与橡皮塞之间连接不是很密闭，则测量结果将　 　(填“不变”、“偏小”或“偏大”)。
（4）小科待反应结束，温度计示数恢复初始温度时记录液面位置，如图丙所示，并计算得到空气中氧气含量。“胜哥”认为小科的操作不严谨，应调整瓶子在水中的深度，使瓶子内外液面相平再读取刻度，分析这样操作的原因是　
　。
12．“胜哥”利用数字化技术对“空气中氧气体积分数的测定”进行了实验甲(如图1所示，燃烧匙内盛有过量红磷)，得到的数据曲线如图2所示。
（1）实验前集气瓶中的水为10mL，若集气瓶的容积为150mL(燃烧匙所占体积忽略不计)，第一次实验结束后理论上集气瓶中水的体积约为　 　mL。
（2）图2中X曲线表示的是集气瓶内的　 　的变化趋势。
（3）若第二次进行实验时，图1中装置漏气，则第二次测得的c点数值比图2中第一次测得的c点数值　 　(选填“大”或“小”)。
（4）接下来，“胜哥”对实验装置进行改进，把“暖宝宝”中的黑色粉末(足量铁粉)涂抹在集气瓶内壁的四周，再次进行实验乙。通过数字传感器，测得实验甲、实验乙中氧气的浓度随时间变化的关系分别如上图所示。依据图中信息，同学们一致认为实验乙的测定方法更准确，其判断依据是　
　。
五、学习总结
1. 空气是由多种气体组成的混合物，主要成分是氮气和氧气。
2. 通过红磷燃烧实验可以测定空气中氧气的含量（约占体积的1/5）。
3. 空气是一种重要的自然资源，各成分具有广泛的用途：
（1）氧气：支持呼吸和燃烧，用于医疗和工业。
（2）氮气：化学性质稳定，用作保护气、制冷剂和化工原料。
（3）稀有气体：化学性质不活泼，用于保护气、电光源和医疗等领域。
学习反思：通过本课学习，我掌握了空气的主要成分及其用途，理解了测定空气中氧气含量的实验原理，认识到了空气资源的重要性。
当堂检测答案
1．C 2．B 3．B 4．B 5．D 6．D 7．C
8．（1）产生大量白烟 （2）集气瓶内的氧气已经耗尽
（3）烧杯中的水进入集气瓶内，最后集气瓶中的水约占集气瓶容积的1/5
9．检查装置的气密性；恢复到室温；18%
10．（1）大量白烟；
（2）18；N2
11．（1）形成气压差 （2）先下降后上升 （3）偏小
（4）保证瓶内气压与外界大气压强相等，从而保持测量结果的准确性
12．（1）38 （2）温度 （3）小
（4）实验乙中氧气的体积分数最终降低到0.5%，比实验甲中氧气剩余量更少，说明实验乙中氧气消耗更完全，测定结果更接近空气中氧气的实际含量。
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