第3讲(空气成分的探究和保护)

第3讲：空气成分的探究和保护

（一）空气的主要成分：3、空气的组成空气氧气二氧化碳水蒸气稀有气体氮气及其他气体杂质78%21%0.03%0.03%0.94%(N2)(O2)(CO2)(H2O)（体积分数）（二）测定空气中氧气成分的实验1、实验原理：在一个密闭的容器中，用一种足量的易燃的物质（如：红磷或白磷）与容器中的氧气反应，生成一种固体，燃烧停止，温度降到室温时，瓶内气压减小，如果将其打开与外界相连且一端伸入盛水烧杯中导管上的止水夹，烧杯中的水在大气压强的作用下，流入密闭容器内，进入的水的体积，填补消耗掉的氧气的体积。2、实验现象：红磷剧烈燃烧，黄色火焰，放热，有大量白烟产生；待集气瓶冷却后，打开止水夹，集气瓶内液面上升约1/5体积。3、实验时的注意事项：①点燃红磷前要检查装置的气密性。②红磷要过量（或足量）。③点燃红磷前要夹紧止水夹。④当燃烧停止，温度接近室温时再打开止水夹。⑤不能用碳、硫、蜡烛来代替红磷，因为它们燃烧后都有气体生成。使瓶内气体的体积几乎没有变化，瓶内外气压差很小，水不能进入或进入的水很少，但如果在瓶内先放入能与生成气体反应的物质除去该气体，也能用碳、硫、蜡烛等代替红磷。⑥不能用镁代替红磷，因镁也能与氮气反应，使测得的氧气体积比实际偏大。4、做测定氧气的实验时选用的固体一般应具备的条件：①能在空气中燃烧②不与其它气体反应，只与氧气反应③与氧气反应后生成物是固体5、对做完实验后水量的分析（1）吸入瓶内的水不足1/5的原因分析①红磷量太少，消耗O2太少。②气密性差，漏气。③装置没有冷却到室温就打开了止水夹（2）吸入瓶内的水大于1/5的原因分析①点燃的红磷插入集气瓶时赶跑了瓶内的一部分空气②点燃红磷前未夹紧止水夹，使瓶内的空气沿导管跑出③可能选用了能与氮气反应的物质，如：镁等。6、实验结论：说明空气不是单一的物质；氧气约占空气总体积的1/5。7、实验结论延伸该实验除证明空气中O2的体积量约为空气体积的1/5外，还可得到以下结论。①氮气体积含量约占空气体积的4/5：空气主要由O2和N2组成，因为实验测得空气中的O2约占空气体积的1/5，则剩余气体体积基本为N2。②氮气不支持红磷燃烧：红磷在瓶内燃烧消耗大部分O2后熄灭，剩下的N2并不能支持红磷继续燃烧。③氮气本身也不能燃烧：燃着的红磷伸入瓶中，若N2也能燃烧，则可能出现瓶内的水上升超过1/5。④氮气不易溶于水：实验中红磷开始燃烧时，瓶内压强增大，实验结束后瓶内压强降低，水被吸入瓶内。这中间，N2都充分与水接触，若N2易溶于水，则瓶内的水的上升可能超过1/5。【中考例题】例1.某班同学用如图装置测定空气里氧气的含量。先用弹簧夹夹住乳胶管。点燃红磷伸入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察广口瓶内水面变化情况。实验完毕，甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的1/5，乙同学的广口瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的1/5。下列对这两种现象解释合理的是（）①甲同学使用的红磷可能量不足，瓶内氧气没有消耗完②甲同学可能未塞紧瓶塞，红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内③乙同学可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内空气受热从导管逸出④乙同学可能插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内空气受热逸出只有①③

B.只有②④ C.只有①②③ D.①②③④解析：探究空气中氧气的含量的实验误差分析，要根据实验原理进行推断，关键看操作的结果是导致密闭体系内气体的压强变大还是减小。甲同学的实验结果比实际偏低，原因可能有：（1）红磷量不足，瓶内氧气没有耗完；（2）未塞紧瓶塞，外界空气进入瓶内；（3）未冷却到室温就打开弹簧夹；乙同学的实验结果比实际偏高，原因可能是广口瓶内的部分空气受热逸出，致使广口瓶内气体的体积减小更多。答案：D例2.将等容积、等质量（含瓶塞、导管、燃烧匙及瓶内少量的细砂）的两集气瓶氧气置于天平的左右两盘，调至平衡。放入等质量的白磷和木炭（如图所示），塞紧瓶塞。然后分别设法将其点燃。使二者充分燃烧后冷却至室温，打开弹簧夹（a），此时的天平（）指针偏向右 B.指针偏向左C.仍处于平衡状态 D.指针先向左后向右偏解析：白磷燃烧消耗氧气生成固体，左侧装置瓶内压强减少，木炭燃烧虽消耗氧气但生成物也是气体，右侧装置瓶内压强几乎不变。打开止水夹后由于左侧压强小于右侧压强，会有气体从右侧瓶中进入左侧瓶中，导致左侧瓶中物质的质量增大。天平指针向重的一侧偏。答案：B例3.为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成如图的实验装置。假设此实验能按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明____________________。（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为_______________________________________________。（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为______________________________________________________________。（4）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如______________________________________________________________________。解析：本题的创新性在于实验装置始终密闭，不会造成空气污染，通过活塞的移动来测定空气中氧气的含量，提高了实验结果的准确度。（1）实验操作前后装置内气体压强不变，证明该装置的气密性好。（2）白磷在空气燃烧时消耗氧气，产生白烟（生成五氧化二磷），导致密闭体系内气体压强减小，由于氧气约占空气体积的1/5，而试管内空气中氧气的体积约为：40mL×1/5=8mL，且过量的白磷燃烧能将试管内空气中的氧气耗尽，因此最终活塞的前沿在约12mL（20mL－8mL=12mL）的刻度线上。（3）白磷在空气中燃烧时放出大量的热，会使密闭体系内的空气受热膨胀，气体压强增大，活塞就会向右移动，当过量的白磷燃烧耗尽密闭体系内的氧气，试管冷却后，密闭体系内气体的压强减小，外界大气压就会推动活塞向左移动，而密闭体系内空气中氧气的体积约为：（40mL+20mL）×1/5=12mL，因此最终活塞的前沿在约8mL（20mL－12mL=8mL）的刻度线上。（4）因为白磷燃烧放出大量的热，会使密闭体系内气体压强增大，所以该实验中可能出现的问题有：橡皮塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等。答案：（1）装置的气密性好（2）白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿在约12mL的刻度线上（3）白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8mL的刻度线上（4）橡皮塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等知识点2：空气是一种宝贵的资源可以从空气的成分来分析：1.氧气用于动植物呼吸，支持燃烧。主要用于潜水、医疗急救、炼钢、气焊以及化工生产和宇宙航行等。2、氮气：无色、无味的气体，不溶于水，不燃烧也不支持燃烧，不能供给呼吸，化学性质不活泼。主要用于工业原料（制造硝酸和化肥等），作保护气，食品防腐，液氮用于医疗冷冻麻醉、超导材料等。3、稀有气体：无色、无味的气体，通电时能发出不同颜色的光，化学性质很不活泼。利用惰性气体做保护气、用于航标灯、闪光灯、霓虹灯的电光源、用于激光技术。【中考例题】例1：下列用途不属于氮气用途的是（）保鲜蔬菜 B.做保护气 C.做冷冻剂 D.供给呼吸解析：氮气主要用于工业原料（制造硝酸和化肥等），作保护气，食品防腐，液氮用于医疗冷冻麻醉等。氧气用于动植物呼吸。答案：D例2：茶叶、肉松、膨化食品等常采用真空充气包装，即将食品装入包装袋，抽出包装袋内空气，再充入防止食品变质的气体，然后封口.真空充气包装能使食品保持原有的色、香、味及营养价值，防止食品受压而破碎变形。【提出问题】充入食品包装袋中的气体是什么?【猜想与验证】可能是N2，实验初步验证的方法及现象()充入的气体还可能是：①（）②（）解析：氮气的性质不活泼，可用作保护气，防止食品腐败；因氮气不能燃烧，不能支持燃烧，不能使澄清石灰水变浑浊，可利用上述氮气的性质进行初步确认，方法可选用燃着的木条或澄清的石灰水；对充入食品袋中的气体应有如下要求：无毒、不污染空气、性质不活泼、原料易得、价格便宜等，符合上述特点的气体还有二氧化碳及与其它气体形成的混合气体。答案：将燃着的木条伸入该气体中，火焰熄灭（或将该气体通入到澄清石灰水中，石灰水不变浑浊。①二氧化碳②二氧化碳和氮气知识点3：空气的污染及防治。1.造成空气污染的主要原因①煤燃烧产生的烟雾②石油化工排放的烟雾③汽车排气形成的烟雾2.造成空气污染的物质：（1）有害气体：一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）（2）烟尘。3.防止和减少空气污染的方法①工业三废的回收与处理②提高汽油、柴油质量4.防止空气污染的措施：加强大气质量监测，改善环境状态、植树造林、使用清洁能源。5.目前空气污染指数包括：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入颗粒物、臭氧。7月26日重点城市空气质量报告空气质量级别越大，空气质量越差。【中考例题】例1：下列物质与用途对应关系错误的是（）A.氧气——供人呼吸 B.二氧化碳——造成酸雨C.氮气——作保护气 D.稀有气体——填充霓虹灯解析：造成酸雨的主要是二氧化硫、二氧化氮答案：B例2：人类需要洁净的空气。目前我国城市空气质量日报中的污染物不包括（）A、可吸入颗粒物 B、二氧化碳 C、二氧化氮 D、二氧化硫解析：二氧化碳不是大气污染物答案：B知识点4：物质的分类：纯净物和混合物1、纯净物：由一种物质组成的，“纯净”是相对的，绝对纯净的物质是没有的，只要杂质含量低，不至于对生产和科学研究产生影响的物质就是纯净物。2、混合物：两种或多种物质组成的，这些物质相互间没有发生化学反应，各物质都保持各自的性质。注意：划分纯净物、混合物的标准是根据物质的种类来划分的。只含一种物质的就属于纯净物，含有几种物质的就属于混合物。【中考真题练习】1．（2011、清远）空气中含量最多的气体是（）A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．稀有气体2．（2013、广东）新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的可吸入颗粒物。下列不影响该项检测结果的是（

）A．金属回收B．垃圾焚烧C．汽车尾气D．工业废气3.（2013、广州）下列属于“空气污染指数”需要监测污染物是（

）A.氮气B.二氧化碳C.稀有气体D.可吸入颗粒物4.(2007、金华)今年“六•五”世界环境日中国主题是“污染减排与环境友好型社会”。推动污染减排、建设环境友好型社会是全社会共