空气的成分梳理及解析

空气的成分梳理及解析

‎ ‎ ‎2.1 空气的成分 知识梳理 ‎1.空气的组成和氧气含量的测定 ‎(1)空气的成分按照体积分数计算，氮气约占________%，氧气约占________%，约占0.94%，二氧化碳约占________%，__________约占0.03%。‎ ‎(2)使用加热铜丝的方法测定空气中氧气的含量时，观察到的主要实验现象是：铜丝变成__________；气体的总体积__________ 。该实验可得出的结论是：空气中氧气的体积约占。‎ ‎2.空气是一种重要的资源 ‎(1)在工业上利用空气中氧气、氮气、稀有气体的___________不同，采用__________的方法将各种气体分离出来。氧气的沸点__________氮气的沸点。‎ ‎(2)‎ 空气的成分 用途 氧气 氮气 稀有气体 ‎3.稀有气体 ‎18世纪中叶以前，人们一直把空气看作是单一成分的物质，1775年，法国化学家用__________定量的方法得出空气是由氮气和氧气组成的结论。1882年，英国物理学家雷利和化学家拉姆赛发现了空气中的__________气体——氩气。‎ ‎4.混合物和纯净物 混合物是由__________组成的，例如________：;纯净物只由___________组成，例如：__________。‎ 疑难突破 ‎1.测定空气中氧气含量的实验中，为什么采用过量红磷消耗氧气，而不采用木炭、硫磺、铁丝等物质？‎ 剖析：红磷燃烧的产物为五氧化二磷固体，消耗了约占集气瓶体积1/5的氧气，瓶内压强减小，小于外界大气压，当冷却到室温时，打开弹簧夹，水便流入集气瓶内约1/5体积，从而说明空气中氧气的体积分数约占空气体积的1/5；不能改用木炭和硫磺；它们燃烧后的产物分别是二氧化碳和二氧化硫气体，使集气瓶内压强变化不大，因此水不会进入集气瓶。‎ ‎2.在测定空气中氧气体积分数的实验中，实验结束时，发现水没上升到集气瓶体积的1/5，原因可能有哪些？‎ 剖析：水上升体积的多少决定于瓶内压强减小的程度，而影响压强的因素有：①装置的气密性；②消耗氧气的量；③温度。‎ ‎ 原因可能有：①未检查装置的气密性，装置漏气；②红磷量不足或燃烧不完全，使瓶内有剩余氧气；③未冷却到室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减少。‎ 问题探究 问题 小刚对市场上销售的一种蛋糕发生了兴趣，这种蛋糕包装在充满气体的小塑料袋内，袋内的气体充得鼓鼓的，看上去好像一个小“枕头”。在食品包装袋中充入的气体是什么呢?‎ 猜想：他认为这种充气包装技术主要是为了使食品能够较长时间地保鲜、保质。小刚猜想是二氧化碳或者是氮气。‎ 实验探究：‎ 实验步骤 实验现象和结论 方案1‎ 4‎ ‎ ‎ 挤压塑料袋，并用导气管将气体导入澄清石灰水中 若澄清石灰水变浑浊，是二氧化碳 方案2‎ 用小试管收集塑料袋内的气体，把小试管倒立在水中 若小试管内的水面上升，是二氧化碳 典题精讲 例1 下列关于空气的叙述中，正确的是( )‎ A.没有颜色、没有气味的气体是空气 B.空气的成分中，氧气占21%,氮气占78%‎ C.空气中含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳等成分 D.由于人和动物呼吸作用都是吸入氧气，呼出二氧化碳，所以空气中的氧气会逐年减少，二氧化碳会逐年增多 思路解析 无色、无味的气体不一定是空气，如氧气、氮气等;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 %。选项B没有指明是体积分数，还是质量分数，则氧气大约占23.2%。人和动物的呼吸作用，吸入氧气呼出二氧化碳，植物的光合作用要吸收二氧化碳放出氧气，自然界多种因素间的相互补偿，使空气的成分比较固定。‎ 答案：C 例2 小明同学用如图2-1所示的装置做测定空气中氧气的含量的实验。‎ 图2-1‎ ‎1.红磷在集气瓶中燃烧时，可观察到怎样的现象?‎ ‎2.红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，又观察到怎样的现象?‎ ‎3.燃烧后，集气瓶内气体主要是氮气，请结合本实验推侧氮气的物理性质和化学性质。‎ ‎4.小明同学在实验中，发现进入集气瓶里的水未达到预定高度，请你帮小明同学分析一下原因。‎ 思路解析 实验时，红磷要稍过量，目的是完全消耗集气瓶中的氧气，以便测定空气中氧气的体积分数。氧气完全反应后，红磷熄灭，证明氮气不支持燃烧(化学性质)，集气瓶中的水只能上升到一定高度，证明氮气不易溶于水(物理性质)、不与水反应(化学性质)，还可以了解到氮气是无色无味的气体(物理性质)。水未上升到预定高度，可能的原因很多，可从实验装置本身的原因及实验过程中的失误来分析。‎ 答案：1.红磷燃烧，放出热量，有大量的白烟生成。‎ ‎2.有水进入集气瓶中，且进入的水约占集气瓶容积的1/5。‎ ‎3.氮气是无色无味气体，不易溶于水(物理性质);不支持燃烧(化学性质)。‎ ‎4.弹簧夹至烧杯的导管内有空气、红磷不足量、装置漏气、观察时温度未完全冷却至室温。‎ 知识导学 ‎ 在前面的学习中，你已经知道了空气中含有氮气和氧气，除此以外，空气中还含有哪些成分?我们知何通过实验探究空气的组成?化学上如何表示像空气中氧气、氮气等物质的组成?氧气、氮气对人类如此重要，他们到底具有怎样的性质?学习完本节后，相信你会找到这些问题的答案。‎ ‎ 空气的主要成分是氮气和氧气，注意这里计算的是体积分数，而不是常说的质量分数。‎ 4‎ ‎ ‎ ‎ 积极动手实验测定空气中氧气的含量，在实验中锻炼实验探究能力。实验中要用较多量的红磷，控制好温度、装置气密性等的影响。‎ ‎ 工业上用蒸发液态空气的方法分离各种气体，这一过程是物理变化而不是化学变化。‎ 稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。早期人们把它们统称惰性气体是因为早期人们认为这些气体不跟其他物质发生化学反应。现已发现在一定条件下，有些稀有气体也能跟某些物质发生反应而生成其他物质。所以现在统称稀有气体。‎ ‎ 关键是理解混合物和纯净物的概念，抓住是否“含一种物质”来理解。‎ 疑难导析 ‎ 本题综合考查物质的物理性质和化学性质，以及考查了测定空气中氧气体积分数试验的实验原理。要清楚红磷燃烧后生成什么物质，瓶内压强有何变化；要明确木炭和硫磺是否可以燃烧消耗氧气，生成的物质使瓶内压强有何变化。铁在空气中能否燃烧，能否消耗氧气。‎ ‎ 这里主要考察了测定空气中氧气体积分数试验的实验原理及实验误差分析。这道题主要从这些方面考虑：有哪些方面有可能使氧气没有消耗完，或有哪些方面虽使氧气消耗完但瓶内压强并没有减少那么多。‎ ‎ 所以主要从氧气可能没被消耗完的原因，或既使氧气被消耗完而又有其他气体进来的原因，或温度较高时压强也较大等方面分析。‎ 问题导思 ‎ 首先在设计实验探究方案时，要结合两种气体的性质不同，设计操作简便、现象明显的实验。‎ ‎ 回顾二氧化碳和氮气不同的物理性质和化学性质，二氧化碳密度是否比空气大、是否易溶于水、是否能使澄清石灰水变浑浊。由此确定三种方案:利用密度的不同、利用和石灰水反应的不同和利用溶解性的不同。这要求同学们在平时要注意学习和归纳典型物质的各种性质，并注意对比分析它们的相同点和不同点。‎ ‎ 还要解决取样方法的问题，三种方案的取样方法各不相同，这要根据具体的方案来确定。同一方案的取样方法也是多样的，比如方案一也可以用注射器吸取后导入澄清石灰水中。‎ 典题导考 绿色通道 熟悉空气的物理性质及各成分的含量、各成分在自然界中的循环变化。‎ 典题变式 下列对空气的叙述正确的是( )‎ A.空气中氧气约占总质量的1/5，氮气约占总质量的4/5‎ B.除了氮气和氧气，空气中含量最多的是二氧化碳 C.空气是一种宝贵的自然资源 D.空气中的水蒸气的体积分数为3%‎ 答案：C 绿色通道 实验中要认真观察并分析实验现象，得出结论，对实验过程中的失误和误差要认真分析。设计实验时，可围绕磷燃烧消耗氧气引起压强减小，使水位上升或其他明显的现象来设计。‎ 典题变式 已知空气的主要成分是氮气和氧气。某课外小组设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如左图2-2所示:‎ 4‎ ‎ ‎ 图2-2 红磷在空气燃烧 ‎(1)红磷在集气瓶中发生反应的文字表达式为:___________，该实验中红磷需稍过量，目的是_________________________________。‎ ‎(2)若将红磷换成碳粉，该实验能否获得成功?(填“能”或“否")理由是: _____________。‎ 答案：(1)磷+氧气 五氧化二磷 完全消耗空气中的氧气。‎ ‎(2)否 碳燃烧生成气体，集气瓶内气体压强不会减少，没有水进入集气瓶，因此实验不能获得成功 4‎