资源简介

(共28张PPT)
第四单元 我们周围的空气
第一节 空气的组成
4.1 定量认识空气的组成
核心素养目标
科学态度与责任：
通过了解空气成分的探究历程，体会科学家们严谨、求真、勇于探索的科学态度，培养学生敢于质疑、追求真理的精神。
化学观念：
从化学变化的角度认识测定空气中氧气含量的实验原理，深化对化学反应中物质转化和定量关系的理解。
科学思维：
运用实验探究的方法测定空气中氧气含量，提升证据推理和模型认知能力，学会从实验现象和数据中得出科学结论。
教学重难点
重点
空气的组成成分及各成分的体积分数。
测定空气中氧气含量的实验原理、装置、操作及误差分析。
难点
理解测定空气中氧气含量实验的设计思路和原理，以及对实验结果的准确分析和误差判断。
从微观角度理解空气成分及相关化学反应过程。
课前导入
空气是我们再熟悉不过的物质了，我们每时每刻都在呼吸着它。但你知道吗，看似 “透明无形” 的空气，其实是一个充满奥秘的 “宝藏盒”。它到底由哪些成分组成？这些成分是如何被发现和测定的呢？早在几百年前，科学家们就开始了对空气组成的探索之旅，历经艰辛才揭开了它神秘的面纱。今天，就让我们沿着科学家的足迹，一起去探究空气的组成，看看这个与我们生命息息相关的物质，究竟有着怎样的 “内在结构”。
01
空气的组成
空气的组成
干燥洁净的空气主要是由氮气（N2）、氧气（O2）和稀有气体（主要为氩气，另外还有氦、氖等气体）组成的，还含有少量的二氧化碳（CO2）和极少量的其他气体。
稀有气体曾因化学性质稳定被称为“惰性气体”。1962 年化学家发现有些稀有气体在一定条件下也能与某些物质发生化学反应，生成稳定的化合物。此后人们把“惰性气体”改称“稀有气体”。
空气的组成注意事项
1.空气的各成分是按体积分数计算的,而不是质量分数。
如"氮气约占78%”,是指每100体积的空气中约含有78 体积的氮气。
2.空气中各成分的含量一般来说是固定的,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略有不同。
现在，人们可以利用氧气传感器准确测量空气中的氧气含量，但在 200 年前这可并非易事。1775 年，拉瓦锡首次测定了空气中氧气的含量。
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。
拉瓦锡又把汞表面生成的红色粉末收集起来，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。
实验一：汞与氧气反应 实验二：氧化汞受热分解
实验步骤
实验现象
文字表达式
实验结论 将银白色的液态汞放在密闭的容器里连续加热12天
将汞表面生成的红色粉末收集起来,放在一个较小的容器里再加热
部分银白色的液态汞变成红色粉末,容器里空气的体积约减少了16%
红色粉末又变成了银白色物质，得到的气体的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积
汞+氧气——→氧化汞
（Hg）( O2 ) （ HgO ）
氧化汞——→ 汞 + 氧气
（HgO） （ Hg ）（ O2 ）
空气由氧气和氮气组成,其中氧气约占空气总体积的16%
观察思考 ——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？
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？
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？
拉瓦锡测定空气成分实验有气体参与，故应该在密闭容器里进行
①汞与氧气反应生成的是固体，不会对气压造成影响
②生成的氧化汞加热还能分解，重新释放氧气
③汞为液态，在汞槽中起到液封的作用，并能直接用来测定容器内气体体积的变化
通过观察汞变成红色粉末，测量容器里气体体积减少的量就可以判断出空气中氧气的含量
02
测定空气中氧气的含量
原理：加热时,铜能跟空气中的氧气反应,生成黑色固体氧化铜。
实验用品：硬质玻璃管（相同规格 2 支）、橡皮塞（带玻璃导管及不带玻璃导管各 2 个）、量筒、酒精灯、铁架台（带铁夹）、气球、注射器、火柴、药匙；铜粉
实验装置：
测定空气中氧气的含量
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。
测定空气中氧气的含量实验步骤
实验记录 硬质玻璃管的容积 反应前注射器中气体的体积 反应后注射器中气体的体积 反应消耗
氧气的体积
25mL 15mL 7mL 8mL
实验结论 ①空气中氧气约占空气总体积的1/5 ②氮气在加热条件下不与铜反应 测定空气中氧气的含量实验记录
误差 因素 影响
测量结果偏小 装置漏气 冷却至室温后,外界空气会进入装置,导致气体体积的变化减小
铜粉量不足 不能将装置内的氧气完全消耗,仍有少量氧气存在
加热时间短 未不断推拉注射器活塞 反应不充分,氧气不能被完全消耗
未冷却到室温就读数 剩余气体处于受热膨胀状态,压强变化不明显
测量结果偏大 反应结束气球内的气体没全部挤出 有一部分气体留在气球内,会使反应后注射器中气体体积读数偏小,计算出的氧气的体积偏大
测定空气中氧气的含量误差分析
测定空气中氧气的含量其他方法
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，物理学家瑞利利用灵敏度达 0.0001 g 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（1.2572 g/L）与分解含氮物质得到的氮气密度（1.2508 g/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、氦、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。
03
课堂小结
04
课堂练习
1.如图为空气各成分体积分数示意图，则甲代表的是（ ）
A．二氧化碳 B．氧气 C．氮气 D．稀有气体
B
2.空气成分中，体积分数最大且化学性质不活泼的是( )
A．氮气 B．氧气
C．二氧化碳 D．稀有气体
A
3.用如图装置测定空气中氧气的含量，对该实验的认识中，正确的是（ ）
A．铜粉用量的多少不会影响实验结果
B．反应结束后消耗氧气的体积大约是反应前装置内空气总体积的五分之一
C．停止加热后，立即读取数据
D．将装置中的铜粉更换成炭粉，也能达到实验目的
B
4.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，并做上记号。下列说法中，不正确的是( )
A．该实验证明空气中氧气的体积含量约占
B．反应后集气瓶内剩余气体主要为氮气
C．实验前，应检验装置的气密性
D．用木炭代替红磷实验，也能得到相同结论
D
Thanks
好好学习天天向上

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