九年级上册化学之空气组成和氧气含量的测定(提高) 知识讲解

空气组成和氧气含量的测定（提高）

【学习目标】

1.记住空气中各成分的体积分数；了解空气主要成分的性质和用途；了解空气污染的原因、危害及防治措施。

2.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。

3.认识纯净物、混合物的概念，并能从物质的组成上区分纯净物和混合物。

【要点梳理】

要点一、拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分（高清课堂《空气组成和氧气含量的测定》）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。

这个著名实验是：把少量的汞放在一个密闭的容器里连续加热12天，结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气的体积减少了约1/5；他研究了剩余的那部分气体，发现它既不能供动物呼吸，也不支持燃烧，这正是氮气；他把汞表面生成的红色粉末收集起来，放在另一个容器里加热，除了得到汞以外，还得到了氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积；他把得到的氧气加到前一个容器中剩下的约4/5体积的气体里，结果得到的气体与空气的性质完全一样。【要点诠释】

拉瓦锡实验结论：空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。

要点二、测定空气中氧气含量的方法（高清课堂《空气组成和氧气含量的测定》）

1．实验原理：

利用红磷在空气中燃烧，将集气瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷白色固体，使密闭容器内压强减小；在大气压作用下，进入集气瓶内水的体积即为减少的氧气的体积。

2．实验装置：

3．实验步骤：

（1）将仪器连接好并检查装置的气密性。

（2）在集气瓶底装入少量的水，再把剩余的容积分成五等份并做上记号。

（3）用弹簧夹夹紧乳胶管。

（4）在燃烧匙内放入过量的红磷。

（5）点燃红磷迅速伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。

（6）红磷燃烧停止，待集气瓶冷却到室温后，打开弹簧夹。

4．实验现象：

（1）红磷燃烧产生大量白烟并放出热量。

（2）打开弹簧夹后烧杯中的水倒吸入集气瓶中，进入水的体积约占集气瓶中空气体积的1/5。

5.实验结论：

氧气约占空气体积的1/5。

【要点诠释】

1.可燃物必须选用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。

2.红磷必须过量，燃烧时才能使容器内氧气消耗完。

3.红磷燃烧停止后，要等集气瓶内温度降至室温，方可打开弹簧夹。

4.该实验还能得到的结论：氮气（集气瓶内剩余的气体主要是氮气）具有不能燃烧、不支持燃烧和难溶

于水的性质。

5.实验后测得氧气的体积分数小于 21%的原因：

（1）红磷的量不足（则不能将集气瓶内空气中的氧气完全反应掉，集气瓶内水面上升不到原瓶内空气 体积的 1/5，导致测得空气中氧气的体积分数偏小）。

（2）装置漏气（当集气瓶内氧气耗尽时，瓶内压强减小，瓶外空气会进入集气瓶内，导致进入水的体 积减小，测得的氧气的体积分数偏小）。

（3）装置未冷却到室温就打开弹簧夹（温度较高气体压强较大，进入瓶内水的体积减小，引起测定结 果偏低）。

6.测定结果大于 21%的原因：

（1）点燃红磷前未用弹簧夹夹紧乳胶管（红磷燃烧放热会使部分空气由导管逸出，烧杯水中冒气泡； 最后造成水进入集气瓶的体积大于 1/5）。

（2）将点燃的燃烧匙伸入瓶内太慢（放出的热将瓶内的部分空气赶出瓶外；冷却后打开止水夹，进入 集气瓶水的体积大于 1/5）。 要点三、空气的组成

空气的主要成分是氮气和氧气，分别约占空气总体积的 4/5 和 1/5。 空气的成分按体积计算如下表：

气体

氮气(N 2) 氧气（O 2）

稀有气体 (氦 气、氖气、氩 气等) 二 氧 化 碳 (CO 2)

其他气体和

杂质 占空气总体 78% 21% 0.94%

0.03%

0.03%

积的比例

【要点诠释】

1.空气中各气体的含量是体积分数，不是质量分数。

2.空气是一种混合气体，组成比较固定，特别是氧气、氮气、稀有气体的成分几乎不变，但个别地区略 有不同。

要点四、纯净物和混合物

物质

概念

纯净物

只由一种物质组成的物质叫纯净物 混合物

由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物

①由同种物质组成，即相同的分子、原子或离子， ①由不同种物质混合而成，各种物质彼此间不

具有固定的组成

区别

②可以用化学式表示，如氧气用 O 2 表示 ③有固定的性质

举例

氧气、氮气、二氧化碳、蒸馏水、氢氧化钙等

反应，没有固定的组成

②不能用化学式表示

③无固定性质（如熔、沸点等），各自保持原 物质的性质

空气、盐水、糖水、矿泉水、铝合金、酱油等

联系

【要点诠释】

混合物是由纯净物混合而成。 要点五、空气是一种宝贵的自然资源

1.氮气：是无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。氮气的化学性质不活泼。主要用途是用作 保护气、合成氮肥等。

2.氧气：是无色、无味的气体，密度比空气略大，不易溶于水。主要用途是供给呼吸和支持燃烧；医疗、潜水、气焊、炼钢、宇航等都需要用到氧气。

3.稀有气体：氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。是无色、无味的气体，难溶于水。化学性质很不活泼，一般情况下不与其他物质反应。通常作保护气、制成多种电光源、用于激光技术；氦用于制造低温环境；

氙用于医疗麻醉。

4.空气的污染及防治

污染空气的物质污染物的主要来源空气污染的危害

空气污染的防治①粉尘；②有害气体（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）

①矿物燃烧；②工厂的废气；③汽车排放的尾气等

①损害人体的健康；②影响作物生长；③破坏生态平衡；④导致全球气候变暖；⑤破坏臭氧层；⑥形成酸雨

①使用清洁能源；②工厂的废气经过处理后再排放；③使燃料充分燃烧；④对化石燃料进行脱硫处理；⑤积极植树、造林、种草等

【要点诠释】

1.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。

2.氮气和稀有气体作为保护气，是利用它们的稳定性。但是“稳定”是“相对”而不是绝对的，在一定条件下，氮气及有些稀有气体也能与某些物质发生化学反应。

【典型例题】

类型一、考查空气的组成

1.（2016•山西中考）我们每时每刻都离不开空气。空气中含量最多的气体是（）

A．N

2B．CO

2

C．H

2

D．O

2

【思路点拨】根据空气中各成分的体积分数进行分析判断即可。

【答案】A

【解析】空气的成分按体积计算，大约是：氮气占78%、氧气占21%、稀有气体占0.94%、二氧化碳占0.03%、其它气体和杂质占0.03%。A、氮气占78%，是体积分数最大的气体，选项正确。B、二氧化碳占0.03%，不是体积分数最大的气体，选项错误。C、空气中没有氢气，选项错误。D、氧气占21%，不是体积分数最大的气体，选项错误。

【总结升华】熟记空气的成分及各成分的体积分数是解答此类题的关健。

举一反三：

【变式1】下列关于空气的说法正确的是（）

A.空气的成分按体积分数计算，大约是：氮气79%，氧气20%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他气体和杂质0.03%

B.空气的成分按质量分数计算，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%

C.空气中各气体成分及其含量一定是固定不变的

D.空气中含量最多的气体是氮气

【答案】D

【解析】空气的成分应按体积分数计算，空气中各成分及其含量不同地区也可能不同。

【变式2】.澄清石灰水长期敞口放在空气中会变浑浊，这是因为空气中含有()

A.氧气

B.二氧化碳

C.氮气

D.一氧化碳

【答案】B

类型二、考查空气中氧气含量的测定