【专项练习】2021年中考化学分类汇编 02总复习：空气成分的探究(提高)

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２．掌握测定空气中氧气含量实验的原理、装置、操作方法以及注意的问题。
３．了解空气的污染和防治。
【知识网络】
①氮气占78% 化学性质：不活泼，一般不能燃烧、也不支持燃烧
用途：制氮肥，作保护气等
②氧气占21% 物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，不易溶于水
用途：供给呼吸，支持燃烧
物理性质：无色无味的气体
成分（体积分数）③稀有气体占0.94% 化学性质：很不活泼
用途：作保护气等
④二氧化碳占0.03% 用途：灭火，制冷剂
⑤其他气体和杂质占0.03%
空气
二氧化氮
气态 二氧化硫
主要污染物 一氧化碳
可吸入颗粒物
加强大气质量监测
改进燃料结构
污染防治措施使用清洁能源
积极植树、造林、种草
【考点梳理】
考点一、空气的主要成分及其体积分数
要点诠释：
1.空气中各成分的含量是体积分数而不是质量分数。
2.空气是一种宝贵的资源。空气中的氧气能供给呼吸和支持燃烧，可用于医疗、飞行、登山、潜水、炼钢、焊接切割金属等。氮气是无色、无味的气体，难溶于水，不支持燃烧，也不能供给呼吸，较难与其他物质发生化学反应，但在一定条件下也能与其他物质发生反应；氮气具有广泛的用途，它是制硝酸和化肥的重要原料；由于氮气的化学性质不活泼，因此常用作保护气，如焊接金属时常用氮气作保护气，灯泡中充氮气以延长使用寿命，食品包装袋内充氮气以防腐。
3.稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。因为化学性质不活泼，过去又叫惰性气体，在生产和科学研究中，稀有气体有广泛的用途。由于稀有气体化学性质不活泼，因此常用作保护气，如焊接金属时用稀有气体来隔绝空气，灯泡中充稀有气体以使灯泡耐用；稀有气体在通电时能发出不同颜色的光，可制成多种用途的电光源。
考点二、空气中氧气含量的测定
法国化学家拉瓦锡用实验的方法研究了空气的组成，并得出空气由氮气和氧气组成，且氧气约占空气的结论。仿照这个历史上著名实验的原理，我们来测定空气中氧气的含量。
１．实验原理：利用4P+5O22P2O5（白色粉末），消耗掉氧气后使容器中气压减小，水被压入容器中，而进入水的体积约等于被消耗氧气的体积。
２．选择反应物的要求：
可燃物必须选用只能与氧气反应，且燃烧后生成物为固体的物质。不能选用木炭、硫等，因为木炭、硫燃烧产生的是气体物质，且与所耗氧气体积相同，使瓶内外气压相等，水不会倒吸入瓶中。
３．实验装置如右图：
４．实验成功的关键：
（１）红磷必须足量；
（２）装置不能漏气；
（３）集气瓶中预先要加入少量的水；
（４）红磷点燃后要立即伸入集气瓶中，并塞紧胶塞；
（５）待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹。
５．实验误差分析：
（1）进入瓶中水的体积一般小于瓶内空间的可能原因是：
ａ．红磷的量不足，使瓶内氧气未消耗尽；
ｂ．胶塞未塞紧，使外界空气进入瓶内（即装置气密性不好）；
ｃ．未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减少。
（2）进入瓶中水的体积一般大于瓶内空间的可能原因是：
a．如果选择的物质除了与氧气反应外，还可以与空气中其它成分反应；
ｂ．红磷点燃后燃烧匙没有迅速伸入集气瓶，会使集气瓶中部分气体逸出瓶外；
c、点燃红磷前未用弹簧夹夹紧乳胶管，部分气体受热膨胀后从导管逸出。
６．其它常见变形装置：依据测定空气中氧气体积含量的实验原理，除了使用课本上提供的实验装置之外，还可以设计下图所示的装置进行实验（注：白磷的着火点为40℃）。

要点诠释：
1.空气的组成以氮气和氧气为主，属于混合物。氮气的含量最多，约占空气体积的，其次是氧气，约占空气体积的。稀有气体的含量在我们的印象中最少，实际上比空气中二氧化碳的含量多30多倍。
2.测定空气中氧气含量实验应注意事项：
（1）红磷必须过量。如果红磷的量不足，则不能将密闭容器内空气中的氧气完全反应掉，密闭容器内水面不能上升到原气体体积的1/5，导致测得空气中氧气的体积分数偏小。
（2）实验装置的密封性要好。如果密封性不好，则密闭容器外的空气会进入密闭容器内，导致所测得的氧气体积分数偏小。
（3）不能用硫、木炭、铁丝等代替红磷。因为硫或木炭燃烧后产生的气体会弥补反应所消耗氧气的体积，铁丝在空气中不能燃烧，导致密闭容器内水面不会上升。
考点三、空气的污染防治
１．空气的污染物
造成酸雨
二氧化氮
气态 二氧化硫
主要污染物 一氧化碳
颗粒物
２．城市空气质量日报：主要内容包括“空气污染指数”、“首要污染物”、“空气质量级别”等。目前计入空气污染指数的项目暂定为：SO2、CO、NO２、可吸入颗粒物和臭氧等。空气质量级别有优、良好、轻度污染、中度污染和重度污染等几类。
要点诠释：
1.空气是我们赖以生存的重要物质，随着工业的发展，排放到空气中的有害气体和烟尘对空气造成了污染，其中污染空气的主要气体有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等。这些污染物主要来源于化石燃料的燃烧和工厂废气的排放。污染了空气损害人体健康，影响作物生长，破坏生态平衡。所以我们要保护空气，要从自身做起，应采取：消除污染源；使用洁净能源；工厂废气经处理达标到环保标准后再排放；植树、造林、种花、种草等措施。
2.二氧化碳是空气中的固有成分，虽然空气中二氧化碳含量的增加能引起温室效应，但二氧化碳不是污染空气的物质；二氧化碳是绿色植物进行光合作用的必需物质之一，是地球上碳氧循环的重要组成部分，没有二氧化碳，地球上的动植物生命就难以存在。
【典型例题】
类型一、考查空气的主要成分及其体积分数
1．下列有关空气各成分的说法正确的是（ ）
A.氧气的化学性质比较活泼，属于可燃物
B.氮气的化学性质不活泼，可用于食品防腐
C.空气质量报告中所列的空气质量级别越大，空气质量越好
D.二氧化碳在空气中含量增多会引起温室效应，属于空气污染物
【思路点拨】知道空气中各成分的性质和用途。
【答案】B
【解析】氧气能支持燃烧但不能燃烧，空气质量级别越大，空气质量越差，二氧化碳虽然能引起温室效应，但不属于污染物。
【总结升华】注意不要将氧气的助燃性，错误理解为可燃性，从而认为氧气是可燃物。二氧化碳含量增多会引起温室效应，但是不属于空气污染物，空气污染物是指空气中没有的物质，存在时造成人和生物的生存不适。
2.实验室中的试剂常因与空气中的一些成分作用而发生变化。对下列试剂在空气中发生变化的分析错误的是（ ）
A.铁粉生锈与空气中的水蒸气和氧气有关
B.氢氧化钠溶液变质与空气中的二氧化碳有关
C.氧化钙的变质与空气中的水和二氧化碳有关
D.浓盐酸变稀与空气中的水蒸气有关
【思路点拨】记住空气中各成分的性质是解决此类试题的关键。
【答案】D
【解析】铁粉生锈是一个缓慢氧化的过程，是与空气中的水蒸气和氧气反应；氢氧化钠溶液长期存放容易与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠而变质；生石灰（氧化钙）在空气中容易吸收水分生成熟石灰（氢氧化钙），氢氧化钙又进一步和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙而变质；而选项D中浓盐酸具有挥发性，易挥发出氯化氢气体而变稀，与空气中的水蒸气无关，故选D。
【总结升华】空气中含有多种成分，按体积计算，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%。一些化学试剂能与空气中的成分作用而变质，所以实验室中化学试剂一般都要盖好瓶盖，且避光、避热保存。
举一反三：
【变式】（2020•湖北中考）下列属于纯净物的是（ ）
A．海水 B．空气 C．白酒 D．金刚石
【答案】D
【解析】海水是由水、氯化钠和氯化镁等多种物质组成的混合物；空气是由氧气、氮气等多种物质组成的混合物；白酒是由乙醇、水等组成的混合物；金刚石是由碳元素组成的单质，属于纯净物。
类型二、考查空气中氧气含量的测定
3.如图是一个具有刻度和活塞可滑动的玻璃容器，容器内有空气和足量的白磷，将它放在盛有沸水的烧杯上方，进行实验。请完成实验报告：
【思路点拨】该实验在教材上实验的基础上进行了改进。第一点是加热方式的改进，优点是不在空气中点燃，避免了大气污染，同时减少了药品的消耗量（原来在空气中点燃要消耗一部分）；同时在装置内加热，就避免了在外界点燃后移进集气瓶过程中，对集气瓶内的氧气的消耗以及装置内气体的外逸。第二点，所用仪器的更换，用粗细一致且带刻度的玻璃仪器来代替集气瓶，便于体积的准确划分，原来集气瓶分成五份时由于粗细不一导致分的不均等。而现在用的玻璃管本身就带刻度，便于读数，且读数更精确。这样就能够使结果更准确。
【答案】氧气 8 氧气
【解析】对于实验报告的填写，可以将实验报告前后联系起来考虑。“实验结论”问空气中哪一成分占1/5，自然是氧气，所以前面“实验目的”就是测定空气中氧气的体积分数；而最后活塞所在位置刻度的判断，要考虑装置内气体共10mL，消耗掉2mL（10 mL 的1/5）氧气后，气体剩余8mL．所以最终停在了刻度“8”处。
【总结升华】掌握空气中氧气含量测定的实验原理、装置、操作方法及注意事项是解决此类试题的关键。
4.（2020•山东中考）用如图装置来测定空气中氧气的含量，下列做法会使实验结果不准确的是（ ）
A. 事先在集气瓶内加少量水 B. 燃烧匙内加足量红磷
C. 红磷熄灭后，立即打开弹簧夹 D. 实验前，检查装置的气密性
【思路点拨】测定空气中氧气含量实验，在选择消耗氧气的药品时，应考虑能与空气中的氧气反应而不与空气中的其他成分反应，生成物不能为气体；还应注意装置不漏气，药品的量要足，读数时温度要冷却到原来的温度等。
【答案】C
【解析】
A、集气瓶中加入少量水，是用来吸收反应生成的五氧化二磷，另一方面有利于容器内温度的降低，节约了实验的时间，故A不符合题意；
B、红磷足量可以把氧气完全消耗，保证实验的准确性，否则会使实验结果偏小，故B不符合题意；
C、装置未冷却至室温就打开弹簧夹，这样瓶内温度较高，气压还没降低到室温标准，会使测定的结果偏小，故C符合题意；
D、如实验装置漏气，红磷燃烧即使能耗尽装置内的氧气，由于装置漏气，瓶外少量空气会进入装置内使测定结果不准确。因此，实验前要检查装置的气密性，故D不符合题意。
【总结升华】测定空气中氧气的含量，主要是利用了可燃物燃烧消耗了氧气，使密闭容器中压强减小，在外界大气压作用下，烧杯中的水倒吸入集气瓶内。
5.某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如下图所示。
该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并做好标记；
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞；
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹。
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷须稍过量，目的是 。
（2）步骤③中，打开止水夹后观察到的现象是 ，由此可得出空气中氧气的体积分数约为 。
（3）磷在空气中燃烧生成的氧化物通常可做强干燥剂。已知在标准状况下，32g氧气的体积是22.4L，在该条件下，制备71g这种干燥剂所消耗的空气的体积约为 L。
【思路点拨】测定空气中氧气含量的原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被倒吸入集气瓶内（占据氧气的空间），从而达到测定氧气体积含量的目的。红磷过量，可使集气瓶中的氧气完全消耗。
【答案】
（1）使集气瓶中的氧气完全消耗
（2）烧杯内的水沿导管流入集气瓶中，液面大约在标记1处 21%
（3）140
【解析】
（2）充分反应后，待集气瓶冷却至室温，集气瓶内外产生压强差，打开止水夹，烧杯内的水沿导管流入集气瓶中，液面大约在标记1处。由此可得出空气中氧气的体积分数约为21%。
（3）设制备71g五氧化二磷需要氧气的质量为X。
4P+5O22P2O5
160 284
X 71g
解得：X=40g
40g氧气的体积为：=28L
消耗空气的体积为：28L÷ = 140L
【总结升华】熟记用红磷测定空气里氧气含量的实验原理、装置、操作步骤、实验现象、实验结论和注意事项，是解答这类题目的基础。
举一反三：
【变式1】右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含量约占1/5
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．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
【变式2】在测定空气中氧气含量的实验中，小强采用了如图所示装置：在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推动两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化。

(1)在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是 。
(2)写出该实验中反应的化学方程式 。
(3)小强测得实验结果如下：
由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数_____2l％(填“＞”、“＝”、 “＜”)。造成该实验出现误差的原因可能是 。(填序号)
①没有交替缓缓推动两个注射器活塞；②读数时没有冷却至室温；③加入铜丝量太少；④加入铜丝量太多
(4)通过上面的实验，你学到的测量混合物中某成分含量的方法是
。
【答案】(1)使铜与空气中的氧气充分反应，将氧气耗尽 (2)2Cu+O22CuO
(3)＜ ①②③
(4)通过化学反应除去混合物中的一种成分，再测量混合物在反应前后体积(或质量)的变化，从而得出该种成分的含量
【解析】测定空气中氧气含量的方法比较多，但基本的思路是：利用氧气的助燃性，加入的物质能消耗空气中的氧气，但又不产生新的气体，导致容器内的压强发生变化，进而用不同的方法通过气体的体积的变化，确定空气中氧气的体积含量。本题是用Cu和O2的反应，利用注射器内气体体积的的变化测定空气中氧气的体积含量，要注意Cu必须足量，还要通过来回推拉注射器，充分消耗氧气。
类型三、考查空气的污染防治
6.下表是今年春季我国部分地区的空气质量日报内容：
回答下列问题(友情提醒：选择题可能有多个正确选项)
（1）当日空气质量最好的城市是（填序号） 。
（2）人类需要洁净的空气。目前我国城市空气质量日报中的污染物不包括（ ）
A．可吸入颗粒物 B．二氧化碳 C．二氧化氮 D．氮气
（3）为改善空气质量，北京开始执行“机动车尾号限行”措施，下列说法正确的是 。
A．尾气不会对空气造成污染
B．每月少开一天车不会减少汽车尾气的排放
C．汽车尾气中只含有CO2和H2O
D．“为首都多一个蓝天”是每个市民的职责
（4）SO2气体是空气的主要污染物， 该气体可用氢氧化钙悬浊液吸收，生成难溶于水的亚硫酸钙（CaSO3）和水。请写出该反应的化学方程式 。
（5）想一想，请说出厦门空气主要污染物的一个来源 ；为改善厦门的空气质量，保护蓝色美丽的天空，请提出你的一个建议 。

【思路点拨】本题所给的信息多，具有一定的干扰性。我们要仔细读题，再结合教材上介绍的空气质量日报、空气污染的危害及防止污染的措施来解题。
【答案】（1）④ （2）B D （3）D
（4）SO2+Ca(OH)2 = CaSO3↓+H2O
（5）粉尘 多植树
【解析】空气质量级别分为五级，Ⅰ级到Ⅴ级（即优、良好、轻度污染、中度污染和重度污染）空气质量越来越差；污染物暂定为：SO2、CO、NO2、可吸入颗粒物和臭氧等；污染物主要来源于矿物质不完全燃烧，化工厂的废气，汽车的尾气等。
【总结升华】空气质量日报中的“首要污染物”包括二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、粉尘（可吸入颗粒物）和臭氧等。二氧化碳不是空气质量日报中的污染物，但二氧化碳过多会造成温室效应。
举一反三：
【变式】经阁铝业是长沙工业20强企业，其生产的“经阁”铝型材为国家免检产品。将铝锭在熔炼炉进行熔铸工艺时，会产生一定量的废气，废气成分中可能含有CO，NO2，SO2，CO2等气体。为了使废气不造成大气污染，该企业使用废气集尘系统进行无害化处理，实现了零污染排放。请你根据已学化学知识回答以下问题：
（1）废气中能导致空气污染的气体是： 。
（2）请你设计一实验方案，将废气中的一氧化碳除去，所用的方法是： 。
【答案】（1）CO、NO2、SO2 （2）将废气通过灼热的氧化铜
【解析】（1）空气中三大污染气体是CO、NO2、SO2，二氧化碳是空气的组成成分，不是污染物。
（2）将CO通过灼热的氧化铜，利用CO的还原性将CO氧化成CO2。空气成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
水蒸气和杂质
体积分数
78%
21%
0.94%
0.03%
0.03%
实验目的
实验现象
实验结论
测定空气中______的体积分数
白磷着火燃烧，活塞先向右移动，后向左移动，最后停在约为 _____（填整数）的位置上
空气的成分按体积算，_____约占1/5
反应前注射器内气体总体积
反应后注射器内气体总体积
25mL
22mL
序号
城市
污染指数
首要污染物
空气污染指数
空气质量级别
①
北京
103
可吸入颗粒物
轻微污染
②
呼和浩特
500
可吸入颗粒物
Ⅴ
重度污染
③
厦门
72
可吸入颗粒物
Ⅱ
良
④
深圳
36
无
Ⅰ
优