初中化学人教版九年级上册第二单元 我们周围的空气课题1 空气学案设计

这是一份初中化学人教版九年级上册第二单元 我们周围的空气课题1 空气学案设计，共14页。学案主要包含了拉瓦锡的实验，测定空气里氧气的含量实验，空气的组成，混合物与纯净物等内容，欢迎下载使用。
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课前引入
空气（Air），我们每天都呼吸着的“生命气体”，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，对人类的生存和生产有重要影响。
空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。
知识预习
一、拉瓦锡的实验
二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天，发现有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差不多减少了1/5。他研究了剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他认为这些气体全部都是氮气(拉丁文原意是“不能维持生命”)。

拉瓦锡拉瓦锡研究空气成分所用的装置
拉瓦锡又把在汞表面上所生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞(化学符号Hg)和氧气(化学符号O2)，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4/5体积的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。
通过这些实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气(化学符号N2)组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。
二、测定空气里氧气的含量实验
实验探究
如图所示，在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份。用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察红磷燃烧的现象。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况。
【答案】红磷燃烧，产生黄色火焰，放热，生成大量白烟（五氧化二磷小颗粒），冷却后，打开弹簧夹，水经导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5
由于红磷的燃烧将集气瓶内的氧气全部消耗，冷却后使集气瓶内压强小于外界大气压，内外形成了压强差，所以烧杯内的水会进入集气瓶内
【实验结论】
在这一反应中，红磷(化学符号P)与空气中的氧气反应，生成一种叫做五氧化二磷(化学符号P2O5)的新物质。这一反应可以用文字表示如下：_______________________________。
【答案】红磷+氧气 ——→ 五氧化二磷
集气瓶内水平面上升约1/5，说明空气中的氧气被消耗了，消耗的氧气约占空气体积的_______。
【答案】1/5
三、空气的组成
在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来人们陆续发现了氮、氛、氩、氮、氙、氡气78%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。目前，人们已能用实验方法精确地测定空气的成分。
通过实验测定，空气的成分按体积计算，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%。
四、混合物与纯净物
像空气这样由两种或多种物质混合而成的物质叫做混合物，组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，它们各自保持着原来的性质。
氮气、氧气、二氧化碳等分别只由一种物质组成，它们都是纯净物。纯净物可以用化学符号来表示，如氮气可以用N2来表示，氧气、二氧化碳可分别表示为O2、CO2等。上面实验中使用的红磷(P)和生成的五氧化二磷(P2O5)也是纯净物。
对点训练
题型一：拉瓦锡的实验
【例1】（2021·北京市第十二中学九年级月考）通过实验测定了空气组成的科学家是（ ）
A．门捷列夫B．达尔文
C．拉瓦锡D．牛顿
【答案】C
【详解】
A、门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表，不符合题意；
B、达尔文完整地确立了生物进化学说，不符合题意；
C、通过实验测定了空气组成的科学家是拉瓦锡，符合题意；
D、道尔顿提出原子论，不符合题意。
故选C。
【变1】（2021·云南昆明市·九年级二模）法国化学家拉瓦锡将汞放在密闭容器里加热12天，发现容器里空气的体积减少了约1/5。减少的气体是
A．氮气B．氧气C．稀有气体D．二氧化碳
【答案】B
【分析】
本题考查拉瓦锡实验。
【详解】
汞放在密闭容器里加热12天，空气的体积减少了约1/5，是因为汞与氧气发生了反应，该气体是氧气，故选：B。
【点睛】
本题难度不大，空气中氧气体积分数约占五分之一。
题型二：空气中氧气含量的测定实验
【例2】（2021·山西中考真题）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。后人仿照其实验原理测定空气中氧气含量（如图）。实验过程中，逐渐减少的气体和逐渐增多的物质是
A．O2、P2O5B．P、P2O5C．O2、PD．N2、P2O5
【答案】A
【详解】
磷燃烧消耗了氧气生成五氧化二磷固体，装置中压强减小，水进入装置，进入装置中水的体积就是消耗氧气的体积；燃烧过程中氮气不参与反应，故实验过程中，逐渐减少的气体和逐渐增多的物质是氧气、五氧化二磷。
故选A。
【变2-1】（2021·北京九年级二模）测定空气中氧气含量的实验装置如图所示。下列说法不正确的是
A．氮气不溶于水是设计该实验的依据之一
B．要等到装置冷却后，再打开止水夹
C．实验中红磷的用量不会影响测定结果
D．集气瓶中少量的水起到降温和吸收有害物质的作用
【答案】C
【详解】
A、由于氮气难溶于水，才能保证集气瓶中进入水的体积为消耗掉氧气的体积，氮气不溶于水是设计该实验的依据之一，选项A正确；
B、如果火焰熄灭后立刻打开止水夹，由于集气瓶内的温度较高，剩余气体还处于膨胀状态，水不能进入集气瓶或进入集气瓶中的水不到集气瓶中原来气体体积的五分之一，得不出正确的结论，因此应该等到装置冷却后，再打开止水夹，选项B正确；
C、实验时红磷一定要过量，如果红磷不足，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，选项C不正确；
D、集气瓶中的水可以吸收五氧化二磷，同时可以吸收热量，达到降温的作用，选项D正确。故选C。
【变2-2】（2021·北京九年级二模）用下图装置进行实验。下列说法错误的是
A．红磷燃烧，产生白烟B．瓶中液面先上升，后下降
C．瓶中液面最终升至 1 处D．用激光笔点燃能减少实验误差
【答案】B
【分析】
本题考查空气中氧气含量的测定。
【详解】
A、红磷具有可燃性，将红磷点燃后放入瓶中，会观察到红磷燃烧，产生白烟，此选项正确；
B、红磷燃烧放热，消耗氧气，导致瓶内压强先变大后变小，可以看到瓶中液面先下降，后上升，此选项错误；
C、集气瓶中氧气约占总体积的五分之一，足量的红磷耗尽了装置内的氧气，瓶中液面最终上升至1处，此选项正确；
D、用激光笔点燃红磷，不打开橡胶塞，可以防止红磷在空气中燃烧，也可以减少实验时瓶内气体逸出，测定结果更为准确、误差更小，此选项正确。
故选B。
【例3】（2021·永州市第九中学九年级期末）有关空气的问题。
（1）法国化学家_____通过实验，推翻了统治化学界达100年的“燃素说”，指出空气中根本不存在所谓的“燃素”，支持燃烧的是空气中的_____。
（2）如图，是实验室粗略测定空气成分的实验，请按要求回答相关问题：
①实验成功的标志是完全冷却后打开止水夹，进入集气瓶中的水约占水面上方空间的_____。
②红磷燃烧产生大量白烟，白烟的化学式为：_____。
【答案】拉瓦锡 氧气 五分之一 P2O5

【详解】
（1）法国化学家拉瓦锡通过实验，推翻了统治化学界达100年的“燃素说”，指出空气中根本不存在所谓的“燃素”，支持燃烧的是空气中的氧气，故填：拉瓦锡；氧气。
（2）①氧气约占空气总体积的五分之一，实验成功的标志是完全冷却后打开止水夹，进入集气瓶中的水约占水面上方空间的五分之一，故填：五分之一。
②红磷燃烧产生大量白烟，白烟为五氧化二磷，故填：P2O5。
题型三：空气的组成
【例4】（2021·广东九年级专题练习）如图所示是空气成分示意图（按体积分数计算），其中“乙”代表的是
A．氧气B．氮气C．稀有气体D．二氧化碳
【答案】A
【详解】
空气的成分按体积分数计算：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%。故“乙”代表氧气。
故选A。
【变4-1】（2021·山西九年级其他模拟）空气是我们每天都呼吸着的“生命气体”。空气的成分中体积分数最大的气体是
A．氮气B．氧气C．二氧化碳D．稀有气体
【答案】A
【详解】
空气的成分按体积分数计算，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%；
故选A。
【点睛】
本题主要考查空气中各气体体积分数，属于识记类。
【变4-2】（2021·上海中考真题）下面哪个气体是稀有气体
A．氦气B．氮气C．氯气D．氧气
【答案】A
【详解】
稀有气体指的是空气中含量比较稀少的一些气体，氮气、氯气 、氧气不属于稀有气体，稀有气体包括氦气、氖气、氩气等，故选：A。
【变4-3】（2021·重庆南开中学九年级其他模拟）高压氧舱在临床上主要用于厌氧菌感染、CO中毒等疾病的治疗，氧舱内氧气的浓度比正常空气当中氧气的浓度更大，则高压氧舱中氧气的体积分数可能是
A．30%B．21%C．0.94%D．0.03%
【答案】A
【详解】
空气中氧气的体积分数是21%，依据题意，高压氧舱内氧气的浓度比空气中氧气浓度更大，选项中只有A项大于空气，故选A。
【点睛】
空气中氧气的体积分数是21%，氮气的体积分数为78%，氮气和氧气的体积比约为4：1。
【变4-4】（2021·江门市新会第二中学九年级一模）空气中的成分按体积分数计算，大约为：______占21%；______占78%；稀有气体占______；二氧化碳占______；其它气体和杂质占0.03%，总体上，空气各成分的含量保持相对稳定。
【答案】氧气 氮气 0.94% 0.03%
【详解】
空气中的成分按体积分数计算，大约为：氧气占21%；氮气占78%；稀有气体占0.94%；二氧化碳占0.03%；其它气体和杂质占0.03%，总体上，空气各成分的含量保持相对稳定。
题型四：混合物与纯净物
【例5】（2021·江苏南京市·中考真题）下列物质中，属于纯净物的是
A．空气B．氮气C．煤D．海水
【答案】B
【详解】
A、空气是由氮气、氧气等混合而成，属于混合物，不符合题意；
B、氮气是由同种物质组成，属于纯净物，符合题意；
C、煤的主要成分是碳，还含有其它杂质，属于混合物，不符合题意；
D、海水是由氯化钠、氯化镁、水等混合而成，属于混合物，不符合题意。
故选B。
【变5】（2021·全国九年级其他模拟）下列物质属于混合物的是
A．氧气B．生铁
C．氯酸钾D．金刚石
【答案】B
【详解】
纯净物是一种物质组成的，混合物是由多种物质组成的。氧气、氯酸钾、金刚石都是一种物质组成的属于纯净物；生铁是铁的合金，属于混合物。
故选：B。
题型五：空气的组成综合填空题
【例6】（2017·福建三明市·九年级月考）空气是一种重要的自然资源。
(1)某化学兴趣小组用如图所示装置测定空气中氧气的体积分数，请回答：
①实验所用的红磷的量必须___________。写出红磷燃烧的文字表达式为___________，红磷燃烧时可观察到产生大量的___________。
②如果集气瓶的容积为250mL，集气瓶底部预先装有50mL水，理论上量筒内减少水的体积为___________mL。
③实验中观察到红磷燃烧熄灭，说明集气瓶内剩余氮气的化学性质是___________。
④若未冷却到室温便打开止水夹观察量筒内减少的水的体积，则测出氧气的体积分数将___________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
⑤若将上述实验中的红磷换成木炭，严格按操作步骤进行实验，并未发现量筒内的水倒流到集气瓶的现象，其原因是___________。
(2)经化学家的不断实验，得出空气的组成为：按体积分数计算，氮气与氧气的体积比约为___________；稀有气体约占___________%；二氧化碳约占___________%；其他气体和杂质约占0.03%。
【答案】足量(或过量) 磷+氧气五氧化二磷 白烟 40 不能燃烧也不能支持燃烧(答对一点可给分) 偏小 木炭燃烧后生成了二氧化碳气体(瓶内气压没有变化) 4∶1(或78∶21、26∶7) 0.94 0.03
【详解】
（1）测定空气中氧气的体积分数时，所用的红磷的量必须足量，达到将集气瓶内氧气耗尽的目的；红磷燃烧生成五氧化二磷，文字表达式为磷+氧气五氧化二磷，现象为产生大量的白烟；空气中氧气约占空气体积的五分之一，故如果集气瓶的容积为250mL，集气瓶底部预先装有50mL水，理论上量筒内减少水的体积为；实验中观察到红磷燃烧熄灭，说明集气瓶内剩余氮气的化学性质是不能燃烧也不能支持燃烧；若未冷却到室温便打开止水夹，此时由于集气瓶内温度高压强大，故进入集气瓶内的水会偏少，故测出氧气的体积分数将偏小；若将上述实验中的红磷换成木炭，由于木炭燃烧后生成了二氧化碳气体，使得瓶内气压没有变化，故不能发现量筒内的水倒流到集气瓶的现象；
（2）经化学家的不断实验，得出空气的组成为：按体积分数计算，氮气约占78%，氧气约占21%，故氮气与氧气的体积比约为4：1；稀有气体约占0.94%；二氧化碳约占0.03%；其他气体和杂质约占0.03%；
提分作业
【练1】（2021·湖南株洲市·中考真题）二百多年前用定量方法研究了空气的成分，并得出氧气约占空气总体积1/5结论的科学家是
A．张青莲B．门捷列夫C．拉瓦锡D．屠呦呦
【答案】C
【详解】
拉瓦锡用定量方法研究了空气的成分，并得出氧气约占空气总体积1/5，故选：C。
【练2】（2021·北京九年级二模）空气中氧气含量测定实验如图所示。下列有关说法不正确的是
A．红磷燃烧会产生大量白烟B．所用红磷要足量
C．待红磷熄灭后立即打开止水夹D．集气瓶底部的水可以起到吸热降温的作用
【答案】C
【详解】
A、红磷燃烧会产生大量白烟，该选项说法正确；
B、所用红磷要足量，全部氧气完全反应，该选项说法正确；
C、待红磷熄灭后，冷却至室温再打开止水夹，以防止温度过高导致进入集气瓶中的水偏少，该选项说法不正确；
D、集气瓶底部的水可以起到吸热降温的作用，该选项说法正确。
故选：C。
【练3】（2021·山东济南市·九年级二模）用如图装置测定空气中氧气的含量：点燃燃烧匙内的红磷（足量），立即伸入集气瓶中并塞紧瓶塞；待燃烧停止并冷却至室温，打开止水夹，发现烧杯内的水被吸入集气瓶中，吸入水的体积约为集气瓶总容积的1/5。下列关于该实验的说法中，错误的是
A．说明氧气约占空气总体积的1/5
B．实验时，红磷燃烧产生大量白烟
C．实验前，应先检查装置的气密性
D．反应后集气瓶内剩余的气体只有氮气
【答案】D
【分析】
磷燃烧能够消耗空气中的氧气，氧气消耗后，容器中的气压减小，在外界大气压作用下，水进入容器，进入容器中的水的体积即为容器中空气中的氧气体积，进一步可以计算出空气中氧气的含量。
【详解】
A、吸入水的体积约为集气瓶总容积的1/5，说明氧气约占空气总体积的1/5，该选项说法正确；
B、实验时，红磷燃烧产生大量白烟，该选项说法正确；
C、实验前，应检验装置的气密性，以防止装置漏气影响实验结果，该选项说法正确；
D、反应后集气瓶内剩余气体主要为氮气，该选项说法错误。
故选：D。
【练4】（2021·湖南常德市·中考真题）空气中下列各成分所占的体积由小到大的顺序是
①氧气②氮气③二氧化碳④稀有气体
A．③④①②B．④③①②C．②①④③D．①③②④
【答案】A
【详解】
空气中各组分的体积含量为：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%，故选A。
【练5】（2021·四川自贡市·中考真题）化学能指导我们更好的认识、改造、应用物质。下列物质属于纯净物的是
A．果汁B．医用酒精
C．水泥砂浆D．冰水混合物
【答案】D
【详解】
A、果汁中含有水和一些营养物质，属于混合物，A错误。
B、医用酒精含有酒精和水，属于混合物，B错误。
C、水泥砂浆含有水泥沙等多种物质，属于混合物，C错误。
D、冰水混合物只含有水一种物质，属于纯净物，D正确。
故选：D。
【练6】（2018·山东德州市·九年级期中）200多年前，法国一位科学家用下图所示装置研究了空气的组成。他把少量汞放在密闭的容器中连续加热十二天之久，得到了红色的氧化汞粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了五分之一、请回答下列问题。
(1)这位科学家的名字是_______，他是从_______(填“定性”或“定量”)的角度研究空气的组成。
(2)写出汞与氧气反应的文字表达式_____________
(3)请根据所得信息，写出本实验使用汞的一个优点：_______
(4)通过实验，这位科学家得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。请根据现在的认识，对此结论予以补充。_______
【答案】拉瓦锡 定量 汞+氧气氧化汞 化合反应 汞的沸点较低，汞蒸气与氧气反应比较充分，能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽。氧化汞的密度小于汞，且不溶于汞，因此易与汞分离。 空气的成分按体积计大约是：氧气21%、氮气78%、稀有气体等其他成分1%。
【分析】
本题探究空气中氧气体积分数的测定。
【详解】
（1）法国化学家拉瓦锡用图1所示装置，定量测定了空气中氧气的含量。所以填拉瓦锡；定量。
（2）汞与氧气在加热的条件下反应生成氧化汞；方程式为：汞+氧气氧化汞。
（3）根据资料卡片信息可知，用金属汞来测定空气中氧气的含量的优点是：汞的沸点较低，汞蒸气与氧气反应比较充分，能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽。氧化汞的密度小于汞，且不溶于汞，因此易与汞分离。
（4）空气中不但含有氮气与氧气，还含有稀有气体等其他气体与杂质，故填空气的成分按体积计大约是：氧气21%、氮气78%、稀有气体等其他成分1%。
现象
分析