空气成分的探究剖析

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1、空气成分的探究（提高）考纲要求1. 了解空气的主要成分及各成分的性质和主要用途；能根据一些实验事实和现象，证明氧 气、水蒸气、二氧化碳及氮气的存在。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。知识网络氮气占78%氧气占21%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：无色无味的气体稀有气体占0. 94%比学性质：很不活泼 届途：作保护气等I二氧化碳占0.03%用途：灭火，制冷剂其他气体和杂扇占0. 03%空气,二氧化氮气态 氧化硫主要

2、污染物I氧化碳可吸入颗粒物伊强大气质量监测板进燃料结构1污染防治措时吏用清洁能源积极植树、造林、种草考点一、空气的主要成分及其体积分数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%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

3、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，且氧气约占空气的亏结论。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

4、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。/簧夹3 .实验装置如右图：匚，昴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)

5、进入瓶中水的体积一般小于瓶内空间亏的可能原因是: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

6、磷的着火点为40C)。ABC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，约占空气体积的五分 之四，其次是氧气，约占空气体积的五分之一。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

7、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r二氧化氮气态二氧化硫f造成酸雨主要污染物I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：SO?、CO、叫、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

8、 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

9、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 答案与解析【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

10、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答案与解析【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

11、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。【变式】下列关于氮气用途的观点不正确的是（）A. 将氮气用做灯泡和食品包装内的保护气，是利用了氮气化学性质不活泼的特点B. 医疗上应用氮气是利用了液氮汽化时吸收热量而达到极低温度的性质C. 超导材料在液氮的环境中能显示出超导性能D. 由氮气制造化学肥料的这一过程没有发生化学变化 答案与解析【答案】D【解析】因氮气制造化学肥料这一过程生成了新的

12、含氮物质，故发生了化学变化 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：0 2 4 6 8 10 12 14， * 1 . ia .a 土|业1活塞沸水U. aa i a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答案与解析【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

13、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

14、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. 下面是测定空气中氧气体积含量的两个实验：【实验1】在集气瓶内预先装少量水，余下的容积分成五等份，并做上记号。在带橡胶 塞和导管的燃烧匙内装足量的红磷，用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入 集气瓶内，塞紧橡皮塞（如下图甲所示）。待红磷熄灭并冷却到室温后，打开止水夹。【实验2】将试管的容积分成五等份，并做上记号。在试管中加入一小块（足量）白磷， 用橡皮塞塞紧试管口，将试管放入热水中，使白磷燃烧。待白磷熄灭并冷却至室温后，将

15、试 管倒立于盛有水（室温）的水槽中（如下图乙所示），并在水中将橡皮塞取下。甲乙请回答下列问题：（1） 实验2中，在水中而不在空气中取下橡皮塞的原因是。（2） 从测定结果分析，上述实验中效果较好的是哪一个？ （填甲或乙）。 写出另一个实验的一点不足：。答案与解析【思路点拨】此题考查实验方案的设计和评价，是中考的热点题型。解题时要从装置、 操作、结果等方面进行对比分析，找到实验1和实验2的优缺点。【答案】（1）防止空气进入试管，使测定结果偏低（2） 乙在实验1中，点燃红磷后伸入集气瓶中，会排出瓶内少量空气【解析】在实验1中，将点燃的燃烧匙伸入瓶内时，放出的热会将瓶内的部分空气赶出 瓶外。待冷却后打开止水夹，进入集气瓶水的体积大于1/5,使空气中氧气含量的测定结果 大于21%。【总结升华】掌握空气中氧气含量测定的实验原理、装置、操作方法以及误差分析是解 题的基础。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。止水夹红磷该同学的实验步骤如下