初中科学第1节 空气与氧气教案设计

这是一份初中科学第1节 空气与氧气教案设计，文件包含精品讲义浙教版科学8年级下册311空气与氧气空气的成分及利用教师版含解析docx、精品讲义浙教版科学8年级下册311空气与氧气空气的成分及利用学生版docx等2份教案配套教学资源，其中教案共30页， 欢迎下载使用。

3.1-1 空气与氧气——空气的成分及利用
目录
TOC \ "1-3" \h \z \u 1
4
6
9
11
一、空气的成分
1.空气的主要成分和组成
【说明】绿色植物的光合作用吸收二氧化碳、放出氧气，燃料的燃烧、动植物的呼吸作用均消耗氧气、放出二氧化碳，这一系列的活动保证了空气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定。
2空气组成成分的探究
(1)探究空气中是否含有二氧化碳
a.试剂：澄清石灰水。
b.实验装置：如图所示。
c.实验过程：用大针筒把空气压入石灰水中。
d.实验现象：澄清石灰水变浑浊，但变浑浊的速度较慢。
e.结论：空气中含有二氧化碳，但含量较少。
(2)探究空气中是否含有氧气
a.检验用品：小木条。
b.实验装置：如图所示。
c.实验过程：取一瓶空气和一瓶氧气，将一根燃着的木条先后插入两个集气瓶中。
d.实验现象：燃着的木条在空气中继续安静地燃烧，在氧气中燃烧更旺。
e.结论：空气中含有氧气，但氧气的浓度较低。
(3)探究空气中是否含有水蒸气
a.试剂：无水硫酸铜粉末。
b.实验装置：如图所示。
c.实验过程：取一烧杯，里面装上冰块，烧杯上放一个装有无水硫酸铜粉末的表面皿。
d.实验现象：白色的无水硫酸铜粉末变成蓝色。
e.结论：空气中含有水蒸气。
3测定空气中氧气体积分数的实验方法
(1)实验原理
空气是由氧气和氮气等多种气体组成的，为了测定空气中氧气的体积分数，可以选择某种能与空气中氧气反应而不与空气中氮气及其他气体反应的固体物质(如红磷、汞)，利用氧气与该物质反应后生成固体物质，使密闭容器中气体体积减小(减小的体积即为氧气的体积)，气体压强减小，引起水面发生变化，从而确定空气中氧气的体积分数。
(2)实验步骤
①连接装置：在集气瓶口连接一个双孔橡胶塞，一孔插燃烧匙，另一孔插导管(配有弹簧夹)，导管另一端伸入盛有水的烧杯中，如图所示。
②检查气密性：把导管的一端放入水中，两手紧握集气瓶外壁，如果在导管口有气泡冒出，松开两手，使它冷却，导管中形成一段水柱，则证明气密性良好。
③在集气瓶内加少量水，并做上记号，用记号把剩余的容积划分成五等份。
④点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。
⑤待红磷熄灭并冷却至室温后，振荡集气瓶，打开弹簧夹。
(3)实验现象
①红磷燃烧，有大量白烟生成。
②集气瓶内的水面上升。
(4)实验结论
①红磷燃烧的文字表达式：红磷+氧气点燃五氧化二磷。
②集气瓶内的水面上升，说明空气中的氧气被消耗掉了。
二、空气的利用
氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、稀有气体的主要性质和用途如下表所示。
测定空气中氧气体积分数的实验分析与评价
(1)红磷燃烧消耗完氧气后，不能继续燃烧，说明氮气不能支持燃烧；集气瓶中水面上升后不再上升，说明氮气不溶于水；空气是无色无味的气体，说明氮气、氧气都是无色无味的气体。
(2)实验成功的关键：①装置不能漏气；②集气瓶中预先要加少量水(防止高温熔融物落入瓶底使瓶底炸裂)；③红磷点燃后要立即伸入集气瓶中，并塞紧橡胶塞；④待红磷熄灭并冷却后，再打开弹簧夹。
(3)不能用木炭代替红磷做上述实验，原因是木炭燃烧产生的二氧化碳是气体，集气瓶内气体压强基本没有变化(二氧化碳在水中极少量溶解)，不能很好地测出氧气的体积。二氧化碳、二氧化硫易被氢氧化钠溶液吸收，所以若用氢氧化钠浓溶液代替水时，可用木炭、硫粉代替红磷做该实验。
(4)进入瓶中水的体积一般小于瓶内空间的的可能原因是：
①红磷量不足，使瓶内氧气未耗尽；
②橡胶塞未塞紧，使外界空气进入瓶内；
③未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减小；
④本实验条件下，氧气浓度过低时，红磷不能继续燃烧，瓶内仍残余少量氧气。
(5)实验的改进
①实验药品改进：若反应产生气体，可将集气瓶中的水换成可吸收该气体的液体。如：若将红磷换成硫粉，可将集气瓶中的水换成氢氧化钠溶液。
②实验装置的评价及改进
测定空气中氧气含量的实验装置无论怎样变化，它依据的原理是相同的，都是利用物质与氧气反应，将密闭容器内空气中的氧气全部消耗掉，使密闭容器内外产生压强差。

对实验方案的评价主要从两方面入手：一是达到红磷着火点的方式的改进，或将红磷换成白磷，通过光、热、电能使其在密闭的环境中燃烧，既减少对空气的污染又保证实验的成功；二是用压强变化引起活塞推进的程度代替用水测量，将物理知识与化学知识结合起来，增强了知识和实验的综合性。
【例1】 (2019•沈阳)如图是“测定空气中氧气体积分数”的实验装置，关于该实验下列说法正确的是( )
A.不用考虑装置气密性是否良好 B.红磷火焰熄灭后立即打开止水夹
C.依据实验现象推测，氧气约占空气总体积的 D.红磷燃烧的化学方程式为2P+O2P2O5
【常考1】空气的成分
【例1】(2019•娄底中考)空气中含量较多且化学性质比较活泼的气体是( )
A.氧气 B.氮气 C.稀有气体 D.二氧化碳
【例2】(2018•邵阳中考)空气是一种宝贵的自然资源。如图为空气成分示意图，其中R指的是( )
A.氮气 B.氧气 C.稀有气体 D.二氧化碳
【例3】(2018•贺州中考)测定空气里氧气的含量通常使用的物质是( )
A.红磷 B.木炭 C.铁丝 D.蜡烛
【重要提示】若用燃烧法测定空气中氧气的含量，选用药品的条件是易燃且燃烧产物为固体。一般选用红磷，不能选用木炭、硫、铁丝等物质。
【例4】(2018•无锡中考)化学革命是发生在十八世纪末英国和法国的一场深刻的化学学科的变革。英国物理学家、化学家波义耳和法国化学家拉瓦锡曾做过貌似相同的两个实验(见图)。

关于这两个实验的说法正确的是( )
A.两个实验都可用于测定空气中氧气的含量
B.两个实验中，曲颈瓶内汞的表面都变为黑色
C.波义耳的实验中，金属加热后质量增加，该现象不能用质量守恒定律解释
D.拉瓦锡的实验中，玻璃钟罩内液面逐渐上升，达到一定高度后不再变化
【常考2】空气的利用
【例5】(2019•益阳中考)常用于登山、潜水、医疗急救的气体是( )
A.N2 B.O2 C.CO2 D.He
【例6】(2019•临清市期中)下列有关物质的性质及相关用途的叙述，正确的是( )
①氧气易溶于水，使得鱼能在水中生存②氮气的化学性质不活泼，可用作粮食和瓜果仓库的保护气③氧气能支持燃烧，所以可用作火箭的高能燃料④由于稀有气体有惰性，所以常用作保护气
A.①②③ B.①②④ C.①③ D.②④
【例7】(2019•广州中考)空气是一种宝贵的资源，下列生产生活中用到的气体不是来自空气的是( )
A.作燃料电池燃料的H2 B.用于生产氮肥的N2
C.用于医疗急救的O2 D.用于飞艇的He
【热点题型1】空气的成分及空气中氧气体积分数的测定
【例8】(2018•湖州中考)某科学兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了改进：将数显设备、气体压强传感器和空气中氧气含量测量装置按下图连接。装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1。关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧瓶塞，待火焰熄灭后，过一段时间打开活塞，观察到集气瓶中的水位上升。待集气瓶内的水面不再上升时，集气瓶内的气体体积为V2。然后向右边容器内加入一定量的水至两边水面再次相平，此时集气瓶内的气体体积为V3。在点燃红磷至打开活塞这一过程中，观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先上升后下降，再趋于稳定。
请回答：
(1)数显设备显示，开始一段时间集气瓶内气体压强上升，这是因为温度升高导致的气压变化量
(填“大于”“等于”或“小于”)氧气量减少导致的气压变化量。
(2)基于数显设备显示的气压变化，“过一段时间打开活塞”中的“一段时间”指的是火焰熄灭后到
所经历的时间。
(3)在整个实验过程中，集气瓶中减少的氧气体积为 (填“V1-V2”“V1-V3”或“V2-V3”)
【方法归纳】空气中氧气含量的测定实验的注意事项空气中氧气含量测定实验成功的关键有以下几方面：(1)一般来讲，选择的药品必须是在空气中只与氧气发生反应，并且产物是固体；(2)药品要足量，确保将氧气完全耗尽；(3)装置的气密性良好；(4)要注意冷却至室温时再打开止水夹。
1.人类对火星的探索取得了重大突破，如图是火星的大气成分含量示意图.与空气的成分相比较，下列说法正确的是( )
A.火星大气中N2的体积分数小于空气中N2的体积分数
B.火星大气中CO2的体积分数小于空气中CO2的体积分数
C.火星大气中O2的体积分数大于空气中O2的体积分数
D.火星大气中有稀有气体，空气中没有稀有气体
2.空气中气体成分按体积计算，含量最多的是( )
A.氧气 B.氮气 C.二氧化碳 D.稀有气体
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、无味的气体一定是空气
D.空气是一种单一的物质，它是由一种物质组成的
4.广场、体育场、飞机场用的照明灯(俗称“小太阳”)内填充的气体是( )(C)
A.氧气 B.氮气 C.稀有气体 D.二氧化碳
5．汽车安全气囊内所装化学物质能在碰撞后10 ms内，生成一种空气中含量最多的气体，该气体是( )
A．氮气 B．氧气 C．稀有气体 D．二氧化碳
6.下列事实说明空气含有哪些成分?
(1)木炭在空气中燃烧：______________；
(2)空气是制造氮肥的原料：______________；
(3)酥脆饼干在空气中放置，逐渐变软：______________；
(4)长期放在空气中的澄清石灰水表面上有一层白色固体物质：______________.
7.“空气中氧气含量的测定”有多种方法.小周设计了如图3-1-2甲所示的实验方案：在燃烧匙内盛过量红磷，点燃后立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞，待红磷火焰熄灭，集气瓶冷却至室温，打开铁夹，水注入集气瓶.回答下列问题：

(1)反应结束后，打开铁夹，水自动注入集气瓶的直接原因是_________________________________.
(2)小郑设计了一个如图乙所示的实验方案，装置和操作同小周类似，只不过是用硫粉代替了红磷，进行如上操作也能完成对氧气体积分数的测定.你是否认同并简要说明理由：______________________
_______________________________.
(3)若空气中的氮气也能和红磷反应，能否用该方法来测定空气中氧气的含量?为什么? _____________
_______________________________.
1.二百多年前，英国科学家普里斯特利经过反复实验，得出结论：植物在阳光下能使空气变“好”，是因为植物能释放出“活命空气”.他所说的“活命空气”应该是 ( )
A.空气 B.氮气 C.氧气 D.二氧化碳
2．下列关于氮气的说法错误的是( )
A．氮气在食品贮存时可用作保护气
B．制作氮肥，作为促进农作物生长的肥料
C．常温下氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应
D．常温下氮气可以支持燃烧
3．为了经久耐用，在灯泡中可填充的气体是( )
A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．二氧化硫
4.(湖南长沙中考)空气是人类的宝贵资源，下列有关空气的说法错误的是( )
A.空气的成分按体积计算，含量最多的气体是氮气 B.空气是混合物
C.氧气具有可燃性 D.稀有气体的化学性质不活泼
5．某校兴趣小组同学在课题组老师的指导下，将教材“测定空气中氧气的含量”实验装置(如图甲)改进为新的实验装置(如图乙)，改进后的实验装置与原装置相比，以下评价不恰当的是( )
A．反应容器体积小，药品消耗少
B．装置简洁，减少了甲图装置中导管引起的误差
C．白磷比红磷着火点高，使用更安全
D．容器内径相等，易准确推算出空气中氧气的含量
6．某课外活动小组在学习了教材中“空气中氧气含量的测定”实验后，知道P2O5不能随便排放到空气中，否则会对空气造成污染，所以对该实验进行了改进：在由两个注射器组成的密闭系统内共有50 mL 空气，如图所示。然后给装有红磷的玻璃管加热。同时交替推动两个注射器的活塞，至玻璃管内的红磷变成白烟，且较长时间内无进一步变化时停止。停止加热后，待冷却至室温将气体全部推至一个注射器内。
请根据你对上述实验的理解，回答下列问题：
(1)实验结束后，注射器内的气体体积理论上应该减少约________mL。
(2)在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是______________________________。
(3)上述实验只是粗略测定空气中氧气含量的一种方法，你认为造成该实验不够精确的可能原因是_____________________(写出其中一种)。
7．(温州中考)为验证空气中氧气的体积分数，小明按图甲所示的装置进行了多次实验，发现每次测得的氧气体积分数总是远小于21%，他认为误差主要由实验装置造成，于是改用图乙所示的装置进行实验，步骤如下：
①连接装置并检查气密性。
②在量筒内加入100 mL的水。
③在广口瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250 mL。
④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧瓶塞。关闭止水夹，接通电源使电烙铁发热，点燃红磷后，断开电源。
⑤燃烧结束并充分冷却后，打开止水夹，待量筒内水面不再下降时，记录量筒内水的体积为65 mL。
(1)小明按甲装置进行实验时，该如何检查装置的气密性？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)与装置甲相比，装置乙中使用电烙铁可以减小实验误差，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)根据本实验的数据，计算出空气中氧气的体积分数为________。小明发现，测量结果与真实值仍有较大差距，查阅资料发现，引起本实验的误差除装置外，还有可燃物的性质。
8.市场充气包装的食品中使用的是什么气体呢？某兴趣小组对此进行了研究。
(1)经访问有关人员，了解到这样包装是为了防止食品挤压变形或食品腐败，且从经济性、环保等因素考虑，工厂使用的包装气体是空气或空气的成分之一。请你以此调查结果为依据，对包装气体的成分提出三种猜想，并说明你猜想的依据。
(2)请设计实验，检验上述三种猜想的正确性。填写下列实验报告。
(3)从获得气体的难易和经济性考虑，若只是为了防止食品挤压变形，最好使用的气体是_________________________________________________________________________。
9.某科学兴趣小组查阅资料得知镁可在氮气中燃烧生成Mg3N2，于是设计了如下方案进行验证。
步骤1：用盛水的水槽、无底的废广口瓶、燃烧匙、蒸发皿、橡皮塞等装配成如图所示的装置。另准备一个有一根铜丝穿过的橡皮塞，铜丝末端固定一根镁条。
步骤2：引燃燃烧匙中足量的红磷，塞好橡皮塞。待充分冷却，观察到广口瓶内水面上升的体积约占瓶内水面原上方空间的eq \f(1,5)。
步骤3：往水槽中加水使广口瓶内外水面相平。点燃镁条，更换橡皮塞，镁条在广口瓶内继续燃烧，发出红光，放出热量。待冷却后，广口瓶内水位继续上升。
(1)步骤2的目的是________________________________________________。
(2)在步骤3“待冷却后广口瓶内水位继续上升”是由于瓶内气压________(填“大于”“小于”或“等于”)外界气压。
(3) ①通过该实验可知，____________(填“能”或“不能”)用镁条代替红磷测定空气中氧气的体积分数，若使用镁条，则测得结果____________(填“偏大”或“偏小”)；
②根据上述实验和你所学的知识，请写出镁在空气中燃烧时的有关文字表达式：__________________________________________________________________________。

空气成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
其他气体和杂质
体积分数/%
78
21
0.93
0.04
0.03
猜想一
猜想二
猜想三
猜想


依据


实验方法及操作
可能观察到的现象及结论