资源简介

(共27张PPT)
第1节　空气的成分
第1课时　空气中氧气的含量
课堂导入
思考与探索
为什么食品暴露在空气中容易变质？
空气的主要成分有哪些？
空气中各种成分的含量和性质又是怎样的呢？
让我们一起来追溯科学先驱们的步伐，了解空气的组成吧！
一、空气中氧气的含量
1674年，梅猷将一片樟脑放入倒置在
水中的钟罩内（如图所示），用聚光镜点
燃樟脑，待燃烧一段时间熄灭后，钟罩内
水面上升，但钟罩内仍剩余部分空气，不
再支持燃烧。
1669年，英国医生梅猷根据蜡烛燃烧的实验，得出空气
的组成是复杂的结论，这是早期对空气成分复杂性的认识。
18世纪70年代，瑞典化学家舍勒和英国化学家普里斯特
利先后用不同的方法制得了氧气。
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。
舍勒
普里斯特利
拉瓦锡
拉瓦锡的经典实验
人物介绍：现代化学之父
安托万-洛朗·拉瓦锡（1743—1794），法国著名化学家。他被广泛认为是现代化学的奠基人之一，为化学领域带来了革命性的变化。
定量实验：揭开空气成分之谜
200多年前，法国科学家拉瓦锡使化学从定性转为定量。首次通过实验得出了“空气是由氮气和氧气组成，其中氧气约占空气总体积的 1/5” 的结论。
拉瓦锡研究空气成分所用的装置
思考与讨论：
拉瓦锡实验的原理是什么呢？
1.汞在加热条件下只和空气中的氧气反应而不与其他气体反应；
2.生成的氧化汞是固体，使密闭装置内气体变少（压强减小）；
3.能通过进入装置的液体的体积，测得减小的气体的体积。
汞在密闭容器内充分燃烧，消耗了空气中的氧气，生成氧化汞固体。容器内压强减小，大气压将汞槽中的汞压入曲颈甑中，水的体积正好填补消耗掉的氧气的体积，从而确定空气中氧气的体积分数。
红磷燃烧测定氧气体积分数
实验步骤
集气瓶中加水，将剩余容积分为5等份并标记。
点燃红磷，迅速伸入集气瓶并塞紧瓶塞。
待红磷熄灭并冷却至室温后，打开止水夹。
①吸收生成的五氧化二磷，防止污染空气；
②使集气瓶快速冷却到室温。
防止空气受热膨胀而外溢；
检查装置的气密性：
实验装置
构建密闭体系 →改变体积 →观察现象（气泡逸出或有一段水柱）→得出结论。
改变体积常用手握升温法法。
防止漏气。
参考视频
红磷燃烧测定氧气体积分数
实验现象
红磷继续燃烧，产生大量白烟，放出热量。
水从烧杯沿导管进入集气瓶，瓶内水位上升，约占瓶容积的1/5。
磷+氧气
五氧化二磷
点燃
为什么烧杯内的水会进入到集气瓶内
实验能得到什么结论？对实验收集到的数据进行可靠性分析。
实验原理与结论
实验原理分析
化学反应过程
红磷(P)与氧气(O )在点燃条件下反应，生成五氧化二磷(P O )固体，消耗了瓶内氧气。
气压差与倒吸现象
反应后瓶内气压减小，大气压将烧杯中的水压入集气瓶（填补氧气所占体积）。
实验结论
氧气约占空气总体积的 1/5
进入集气瓶的水的体积约占瓶内空气体积的五分之一，由此可推算出空气中氧气的体积分数。
氮气不能燃烧，也不支持燃烧，且不易溶于水。
转化法
讨论与交流
能否用木炭或硫代替红磷？
答案：不能，木炭燃烧生成CO ，硫燃烧生成SO ，均为气体，导致瓶内压强几乎不变，水无法进入集气瓶。
可用来反应的物质必须是易与氧气反应而不与空气中其他气体反应，且没有气体生成的物质。
对实验结果的误差分析
1. 测量结果偏小
①装置漏气，导致冷却到室温后，外界空气会进入一部分；
②红磷的量不足，不能将装置内的氧气消耗完全；
③装置未冷却到室温就打开止水夹，此时集气瓶内气体还处于
受热膨胀状态，压强变化不明显，进入瓶内的水的体积偏小；
④导管中事先没有注满水，燃烧冷却后，一小部分水滞留于导
管中，进入瓶内偏少。
对实验结果的误差分析
2. 测量结果偏大
①点燃红磷后插入集气瓶速度太慢，使集气瓶中部分气体受热
逸出，冷却至室温后，进入瓶内的水的体积偏大；
②实验前未夹紧止水夹，会使部分空气受热膨胀沿导管逸出，
冷却至室温后，进入瓶内的水的体积偏大；
③选用了能与空气中其他气体反应的物质，如镁就可以与空气
中的氧气、氮气、二氧化碳发生反应。
若实验中发现集气瓶内水位上升小于1/5，你认为可能是哪几种原因引起的？
1、红磷量不足，瓶内氧气未反应完；
2、装置漏气（如：塞子未塞紧，空气进入瓶内）；
3、装置未冷却就打开止水夹并进行读数；
若水位上升大于1/5呢？
1、未夹止水夹；或止水夹未夹紧；
2、点燃红磷塞瓶塞较慢（造成集气瓶中的空气外逸）；
3、反应物会与空气中的其他成分反应等。
在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气，后来科学家陆续发现了氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体，才认识到空气中除了氧气和氮气外，还有其他成分。
空气中各成分的体积分数大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.93%、二氧化碳0.04%、水蒸气等其他气体和杂志0.03%（如图）。在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。
一百份体积的空气
氧气(O2)
21％
氮气（N2） 78％
其他气体杂质
0.03％
稀有气体
0.93％
二氧化碳
0.04％
空气的密度为 1.293克/升
空气的平均相对分子质量为 29
在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气，后来科学家陆续发现了氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体，才认识到空气中除了氧气和氮气外，还有其他成分。
氮气 (N )：78%
氧气 (O )：21%
稀有气体：0.93%
二氧化碳 (CO )：0.04%
其他气体和杂质：0.03%
结论：在通常情况下，空气中各成分的比例保持相对稳定。
重要地位：生存与资源的基石
人类的生产和生活离不开空气，它不仅是生命呼吸的必需，更是一种至关重要的自然资源。
广泛应用：多领域的工业原料
空气中的氮气、氧气、稀有气体等成分被广泛提取，应用于化工、炼钢、石油加工、运输及电光源等行业。
二、空气是重要的自然资源
阅读课本回答，空气在生产和生活中有哪些应用？
氧气的用途
医用氧：生命支持
用于病人救治与急救，是维持生命体征的关键物质。
工业氧：炼钢冶炼
通入氧气提高炉温，促使杂质燃烧除去，提升钢材质量。
工业氧：气割气焊
作为助燃剂产生高温火焰，用于切割或熔接金属材料。
氮气的用途
重要化工原料
利用氮气的化学性质，可用于制造硝酸、氮肥以及炸药等重要工业产品。
常用保护气
化学性质不活泼，常被用作保护气。广泛应用于食品防腐包装、焊接金属保护及灯泡填充。
超低温冷冻剂
液态氮汽化时吸收大量热量，可获得超低温环境，用于医疗冷冻麻醉、超导材料研究等领域。
稀有气体的用途
保护气
化学性质极不活泼，广泛用于焊接保护、精密仪器填充，防止氧化。
电光源
通电时能发出不同颜色的光，用于制作霓虹灯、航标灯、闪光灯等。
其他应用
广泛应用于激光技术、医疗麻醉（氙气）以及制造低温环境（氦气）。
课堂小结：空气的组成与用途
空气的主要成分（体积分数）
氮气 (N )
78%
氧气 (O )
21%
稀有气体
0.93%
二氧化碳 (CO )
0.04%
其他气体和杂质
0.03%
空气的重要用途
氧气的用途
供给呼吸（医疗急救、潜水）；支持燃烧（炼钢、气割气焊）。
氮气的用途
化工原料（制硝酸、化肥）；保护气（食品防腐）；冷冻剂。
稀有气体的用途
保护气；电光源（霓虹灯）；激光技术；医疗麻醉（氙气）。
课堂练习：空气的成分与用途
典例 1：单选题
物质的性质决定用途。下列有关空气各成分及其用途的说法正确的是（ ）
A. 空气中含量最多的气体是氮气，约占空气质量的78%
B. 氧气具有支持燃烧的性质，可用作燃料
C. 稀有气体用作航标灯利用其化学性质稳定的特性
D. 氮气化学性质稳定，可用于食品包装
正确答案：D
解析：A错误，氮气约占空气体积的78%而非质量；B错误，氧气支持燃烧但不具可燃性，不能作燃料；C错误，稀有气体作航标灯利用的是通电发光的物理性质；D正确，氮气化学性质稳定，可作保护气用于食品防腐。
课堂练习：空气中氧气含量的测定
典例2：某同学用燃烧红磷的方法测定空气中氧气的体积分数，结果小于1/5。下列做法不可取的是（）
A. 检查实验装置是否漏气
B. 可能红磷量不足，未除尽氧气
C. 未冷却至室温就打开止水夹
D. 将红磷改成足量的木炭，重新实验
答案：D
解析：A、B、C均为导致结果偏小的可能原因。D不可取，因为木炭燃烧生成CO 气体，瓶内压强基本不变，无法通过水的倒吸测量氧气体积。
课堂练习
1、空气中按体积计算，含量最多的气体是 （ ）
A. 氧气 B. 氮气 C. 二氧化碳 D. 稀有气体
B
2、在100升空气里氮气的体积大约是（ ）
A. 78升 B. 78% C. 21升 D. 21%
A
3、下列说法正确的是　　　（ ）
A．空气的成分是比较固定的，主要由氮气和氧气组成
B．空气中氧气的质量占21％，氮气占78％
C．在通常状况下，无色、无味气体一定是空气
D．空气是一种单一的物质，它是由空气一种成分组成
A
4、用来测定空气成分的方法很多， 图1所示的是用红磷在空气中燃烧的测定方法。实验过程是：
第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。
第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把
塞子塞紧。
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现
水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5。
请回答下列问题：
（1）集气瓶中剩余的气体主要是 。
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是 、 。
（3）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示 ），你认为改进后的优点是 。
装置始终密闭，空气没有逸出，实验结果准确
装置漏气 红磷的量不足
氮气（或N2）
5、为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：
选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，
用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好
的针筒注射器组成如图的实验装置。假设此实验能按照小华的设
想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请
回答下列问题：
（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明___________________。
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹，可观察到活塞前沿最终稳定在______mL的刻度处，由此得出_________________________________。
（3）写出白磷燃烧时发生反应的文字表达式____________________。
装置不漏气
12
氧气约占空气总体积的五分之一
磷+氧气
五氧化二磷
点燃
谢谢观看

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