第1節(jié)空氣的組成一、知識目標1.能依據(jù)觀察的實驗現(xiàn)象初步推斷空氣的主要成分；2.能從組成上對物質(zhì)進行分類，識別純凈物和混合物；3.能體會科學(xué)家在探索空氣成分過程中的智慧和方法。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：通過觀察“捕獲”空氣、紅磷燃燒等實驗的宏觀現(xiàn)象（如氣體體積變化、生成白色固體等），初步推斷空氣的主要成分；結(jié)合空氣由多種物質(zhì)混合而成的宏觀特征，理解混合物中各成分保持自身性質(zhì)的微觀本質(zhì)；從物質(zhì)組成的宏觀角度，區(qū)分純凈物（如氧氣、氮氣）與混合物（如空氣），建立物質(zhì)組成的宏觀描述與微觀構(gòu)成的關(guān)聯(lián)認知。2.證據(jù)推理與模型認知：基于實驗中“紅磷燃燒后集氣瓶內(nèi)水面上升約1/5”等現(xiàn)象，推理空氣中氧氣的體積占比；通過分析空氣組成的模型（如各成分體積分數(shù)占比示意圖），理解混合物中各成分的共存關(guān)系；結(jié)合科學(xué)家探索空氣成分的史實（如拉瓦錫的定量實驗），學(xué)習(xí)基于證據(jù)推導(dǎo)結(jié)論的邏輯方法，形成“現(xiàn)象→證據(jù)→結(jié)論”的推理模型。3.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：參與設(shè)計“捕獲”空氣、探究空氣成分的簡易實驗，體驗“提出問題→設(shè)計方案→實驗驗證→分析結(jié)論”的探究過程；在區(qū)分純凈物與混合物時，嘗試從生活中列舉實例（如潔凈的空氣是混合物、蒸餾水是純凈物），培養(yǎng)運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；通過模仿科學(xué)家的探究思路，體會定量實驗、對照實驗等方法的價值，初步形成嚴謹?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度和創(chuàng)新設(shè)計實驗的意識。一、學(xué)習(xí)重點1.能說出空氣的主要成分及體積分數(shù)；2.掌握測定空氣中氧氣含量的實驗原理、現(xiàn)象及結(jié)論；3.了解混合物與純凈物的概念及實例判斷。二、學(xué)習(xí)難點1.理解“測定空氣中氧氣含量”實驗的設(shè)計邏輯及誤差分析。?2.從宏觀現(xiàn)象到微觀解釋的思維轉(zhuǎn)化。一、空氣的組成1.空氣的存在證明呼吸時，我們能吸入氧氣，呼出二氧化碳，說明空氣存在。用一個塑料袋在教室中揮舞后扎緊，袋內(nèi)會充滿空氣（填物質(zhì)名稱）。2.測定空氣中氧氣的體積分數(shù)實驗課本中通過紅磷燃燒實驗測定氧氣含量。實驗現(xiàn)象：燃燒產(chǎn)生大量白煙，冷卻后打開止水夾，水進入集氣瓶，約占瓶內(nèi)空氣體積的1/5（填分數(shù)）。實驗結(jié)論：氧氣約占空氣體積的21%。剩余氣體主要是氮氣，其性質(zhì)有難溶于水（寫一點）。3.物質(zhì)的分類由多種物質(zhì)混合而成的是混合物（填“混合物”或“純凈物”），如空氣、海水；只由一種物質(zhì)組成的是純凈物，如氧氣、鐵。判斷：“冰水混合物”屬于純凈物（填類別），因為只含H2O（填化學(xué)式）。二、氮氣和稀有氣體1.氮氣是空氣的主要成分之一，它的物理性質(zhì)有無色、無味、難溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（填“穩(wěn)定”或“活潑”），因此常用作保護氣。2.稀有氣體（如氦氣、氖氣）的化學(xué)性質(zhì)很不活潑（填“很不活潑”或“較活潑”），通電時會發(fā)出不同顏色的光，可用于制作霓虹燈。一、新課導(dǎo)入問題思考：同學(xué)們，請深呼吸一次——我們每時每刻都在吸入空氣，但空氣看不見、摸不著，你們能想到哪些方法證明空氣的存在呢？空氣中又含有哪些物質(zhì)呢？答案：用塑料袋兜住空氣會鼓起來；吹氣球時氣球變大，說明里面有空氣；空氣中有氧氣，因為我們呼吸需要氧氣。二、空氣的組成活動一：空氣“捕獲”實驗問題思考：這個實驗現(xiàn)象說明了什么？為什么加水能“捕獲”空氣？答案：說明空氣確實存在；加水后左邊集氣瓶內(nèi)壓強增大，把空氣壓到了右邊集氣瓶。歸納總結(jié)：檢查裝置氣密性的方法：①_____________；②____________；③________________________。答案：連接好儀器；用手握住容器；導(dǎo)管口有氣泡冒出，松手后形成一段水柱，說明氣密性良好?；顒佣嚎諝庵醒鯕怏w積分數(shù)的測定問題思考1：為了準確測定空氣中氧氣體積分數(shù)，裝置應(yīng)滿足什么要求？答案：密閉裝置、氣密性良好。問題思考2：根據(jù)剛才設(shè)計實驗的思路，結(jié)合紅磷燃燒的產(chǎn)物狀態(tài)，說說利用紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗原理。答案：利用紅磷燃燒消耗密閉容器內(nèi)空氣中的氧氣，使密閉容器內(nèi)壓強減小，在大氣壓的作用下，水進入容器，進入容器內(nèi)水的體積即為減少的氧氣的體積。問題觀察：實驗中觀察到了哪些現(xiàn)象？答案：①紅磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，放出熱量；②冷卻后，打開彈簧夾，水倒吸入集氣瓶，進入集氣瓶內(nèi)水的體積約占集氣瓶內(nèi)空氣總體積的1/5。問題探究：紅磷在集氣瓶中燃燒，消耗了什么氣體？冷卻后水為什么會進入集氣瓶？答案：紅磷燃燒消耗氧氣，氣壓減小，水被壓入瓶內(nèi)。問題討論1：已知空氣中氧氣的體積分數(shù)約為五分之一。觀察到的實驗結(jié)果是否接近這個數(shù)值？若相差較大，分析產(chǎn)生誤差的原因。＜1/5的原因：＞1/5的原因：答案：＜1/5的原因：＞1/5的原因：紅磷的量不足裝置漏氣未等冷卻到室溫就打開止水夾紅磷點燃后沒有迅速伸入集氣瓶中紅磷在集氣瓶燃燒過程中，止水夾沒有夾緊問題討論2：蠟燭在空氣中燃燒生成二氧化碳和水。能否用蠟燭代替紅磷進行相同實驗，為什么？答案：不可以，蠟燭在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體，反應(yīng)后裝置內(nèi)壓強幾乎不變，無法形成壓強差。問題討論3：集氣瓶中的水上升到約1/5后，不能繼續(xù)上升，說明剩余氣體有什么性質(zhì)？答案：剩余氣體約占空氣總體積的4/5，不溶于水，不能燃燒也不支持燃燒?；顒尤何镔|(zhì)的分類問題討論：根據(jù)實驗可知，空氣中含有氧氣、氮氣等物質(zhì)。從物質(zhì)組成的角度分析，空氣和氮氣、氧氣之間有什么區(qū)別呢？答案：空氣中有多種物質(zhì)，氧氣和氮氣只有一種物質(zhì)。問題探究：判斷下列常見的物質(zhì)中，哪些屬于純凈物？哪些屬于混合物？干凈的空氣、五氧化二磷、氧化汞、澄清石灰水、冰水共存物、稀有氣體、液氧、二氧化碳、河水答案：純凈物：五氧化二磷、氧化汞、冰水共存物、液氧、二氧化碳；混合物：干凈的空氣、澄清石灰水、稀有氣體、河水。歸納總結(jié)：閱讀教材P40，將下圖中的數(shù)據(jù)或物質(zhì)補充完整。答案：空氣中的成分按體積分數(shù)計算：氮氣78%，氧氣21%，稀有氣體0.94%，二氧化碳0.03%。典例：按如圖裝置進行實驗，下列現(xiàn)象能證明空氣中氧氣含量的是（）A.集氣瓶中紅磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙B.紅磷燃燒一段時間后熄滅C.冷卻到室溫，打開彈簧夾，燒杯中的水進入集氣瓶D.集氣瓶中水面最終上升至1處答案：D。紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙說明生成了五氧化二磷，A選項錯誤；紅磷燃燒一段時間后熄滅說明氧氣被消耗，B選項錯誤；燒杯中的水進入集氣瓶說明瓶內(nèi)壓強減小，C選項錯誤；水面最終上升至1處說明氧氣約占原空氣總體積的五分之一，D選項正確。故本題答案為D。典例：生活中常見的下列物質(zhì)屬于純凈物的是（）A.潔凈的空氣B.冰紅茶C.新鮮的牛奶D.冰水混合物答案：D?？諝庵泻械獨?、氧氣、二氧化碳等，是混合物，A選項錯誤；冰紅茶含有水、白砂糖等食品添加劑，屬于混合物，B選項錯誤；牛奶中含有蛋白質(zhì)、水、油脂等物質(zhì)，屬于混合物，C選項錯誤；冰水混合物中只含有水，屬于純凈物，D選項正確。故本題答案為D。三、氮氣和稀有氣體活動一：認識氮氣和稀有氣體歸納總結(jié)1：根據(jù)教材P40，總結(jié)氮氣有哪些物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)？答案：物理性質(zhì)：1.無色、無味、難溶于水；2.液氮的沸點低，在極低溫條件下加壓才能液化成無色液體（通常儲存于黑色鋼瓶中）?；瘜W(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。歸納總結(jié)2：根據(jù)教材P40，總結(jié)氮氣有哪些用途？答案：①作保護氣：燈泡中充氮氣以延長使用壽命，食品袋中充氮氣以防腐，焊接金屬時的保護氣；②提供低溫環(huán)境：液氮炒酸奶，醫(yī)療上在液氮冷凍條件下做手術(shù)，超導(dǎo)磁懸浮列車；③制造硝酸和氮肥。歸納總結(jié)3：閱讀教材P41稀有氣體部分，并結(jié)合生活經(jīng)驗總結(jié)稀有氣體的性質(zhì)和用途。答案：稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙）是無色、無味的氣體，化學(xué)性質(zhì)很不活潑，可以作保護氣；稀有氣體在通電時會發(fā)出不同顏色的光，可以作電光源；氦氣因密度比空氣小，可為氣球充氣；液氦熔沸點低，可以制造低溫環(huán)境。1.第一次明確提出空氣是由氧氣和氮氣組成的科學(xué)家是（）A.阿伏伽德羅B.拉瓦錫C.道爾頓D.門捷列夫【答案】B【解析】阿伏伽德羅提出了分子學(xué)說，A選項錯誤；拉瓦錫通過金屬燃燒實驗第一次明確提出空氣是由氧氣和氮氣組成的，B選項正確；道爾頓提出了原子學(xué)說，C選項錯誤；門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律并編制出元素周期表，D選項錯誤。故本題答案為B。2.空氣成分中，在醫(yī)療麻醉和食品防腐等方面有著廣泛用途的是（）A.氮氣 B.氧氣C.水蒸氣D.二氧化碳【答案】A【解析】氮氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在醫(yī)療上可用于麻醉（液氮），在食品防腐中可作保護氣，A選項正確；氧氣能供給呼吸和支持燃燒，不能用于醫(yī)療麻醉和食品防腐，B選項錯誤；水蒸氣在空氣成分中含量較少，無醫(yī)療麻醉和食品防腐的用途，C選項錯誤；二氧化碳可用于滅火、制汽水等，不能用于醫(yī)療麻醉和食品防腐，D選項錯誤。故本題答案為A。3.空氣是一種寶貴的資源。下列有關(guān)空氣的說法錯誤的是（）A.潔凈的空氣仍然屬于混合物B.食品包裝袋中充入氮氣可以防腐 C.稀有氣體可作焊接金屬的保護氣 D.空氣中氮氣的質(zhì)量分數(shù)約為78%【答案】D【解析】潔凈的空氣中含有氮氣、氧氣等多種物質(zhì)，仍然屬于混合物，A選項正確；氮氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，食品包裝袋中充入氮氣可以防腐，B選項正確；稀有氣體化學(xué)性質(zhì)極不活潑，可作焊接金屬的保護氣，C選項正確；空氣中氮氣的體積分數(shù)約為78%，不是質(zhì)量分數(shù)，D選項錯誤。故本題答案為D。4.下列物質(zhì)屬于混合物的是(填序號，下同)，屬于純凈物的是。①氧氣②水蒸氣③紅磷④純凈的空氣⑤海水⑥冰水混合物

⑦可口可樂⑧氫氣【答案】混合物：④⑤⑦；純凈物：①②③⑥⑧【解析】混合物是由兩種或兩種以上物質(zhì)混合而成的物質(zhì)。④純凈的空氣中含有氮氣、氧氣等多種物質(zhì)，⑤海水中含有水、氯化鈉等多種物質(zhì)，⑦可口可樂中含有水、二氧化碳等多種物質(zhì)，均屬于混合物。純凈物是只由一種物質(zhì)組成的物質(zhì)。①氧氣、②水蒸氣、③紅磷、⑥冰水混合物（冰和水都是H?O）、⑧氫氣，都只由一種物質(zhì)組成，均屬于純凈物。一、空氣的組成1.紅磷燃燒實驗現(xiàn)象：產(chǎn)生大量白煙，冷卻后水倒吸約占集氣瓶容積的1/5；結(jié)論：氧氣約占空氣體積的1/5。誤差分析：結(jié)果＜1/5：紅磷量不足、裝置漏氣、未冷卻至室溫就打開止水夾。結(jié)果＞1/5：紅磷點燃后未迅速伸入集氣瓶、止水夾未夾緊。2.體積分數(shù)按體積計算：氮氣78%、氧氣21%、稀有氣體0.94%、二氧化碳0.03%、其他氣體和雜質(zhì)0.03%。3.物質(zhì)的分類類別定義實例混合物由兩種或兩種以上物質(zhì)混合而成空氣、海水、可口可樂純凈物只由一種物質(zhì)組成，可用化學(xué)符號表示氧氣（O?）、氮氣（N?）、冰水混合物（H?O）二、氮氣和稀有氣體1.氮氣性質(zhì)：無色無味、難溶于水；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（常溫下），高溫高壓催化劑條件下可與氫氣反應(yīng)生成氨氣。用途：作保護氣（食品防腐、燈泡填充）、提供低溫環(huán)境（液氮冷凍）、制氮肥和硝酸。2.稀有氣體性質(zhì)：無色無味、化學(xué)性質(zhì)極不活潑；通電時發(fā)出不同顏色的光，氦氣密度比空氣小。用途：作電光源（霓虹燈）、保護氣（焊接金屬）、氦氣填充氣球、液氦制造低溫環(huán)境?？键c1空氣中氧氣體積分數(shù)的測定1．測定空氣中氧氣含量的創(chuàng)新實驗如圖，對該實驗的認識錯誤的（）A．紅磷的量不會影響實驗結(jié)果B．實驗過程中玻璃管內(nèi)的液面先下降后升高C．實驗后玻璃管中剩余的氣體難溶于水D．燃燒匙可以伸入到液面與刻度1之間的位置【答案】AD【解析】A.紅磷量不足，裝置內(nèi)的氧氣沒有被完全耗盡，會導(dǎo)致測定氧氣的體積分數(shù)偏小，故A錯誤；B.紅磷燃燒放出大量的熱，玻璃管內(nèi)壓強增大，將水排出，玻璃管內(nèi)液面下降。等到溫度降至室溫，因為玻璃管中氧氣被消耗，氣體減少，壓強下降，外界氣壓將水壓入玻璃管中，玻璃管內(nèi)液面上升，故B正確；C.反應(yīng)結(jié)束后，玻璃管內(nèi)液面到達刻度1處，不再上升，說明玻璃管內(nèi)剩余氣體難溶于水，故C正確；D.燃燒匙不能伸入到液面與刻度1之間的位置，應(yīng)該在刻度1上方，故D錯誤；綜上，答案應(yīng)為AD。2．某小組的同學(xué)將過量的白磷放入試管中測定空氣中氧氣含量（如圖），則下列說法不正確的是（）A．取足量的白磷進行實驗是為了減少誤差B．試管中的白磷可以換成硫粉C．實驗結(jié)束等裝置冷卻到室溫后才能打開彈簧夾D．該裝置實驗的優(yōu)點是密閉容器中進行，測量結(jié)果更準確，污染小【答案】B【解析】A、取足量的白磷進行實驗是為了耗盡裝置中的氧氣，減少誤差，故選項說法正確；B、硫在空氣中燃燒生成二氧化硫氣體，瓶內(nèi)氣壓不變，不能形成壓強差，所以不能用硫粉代替紅磷進行該實驗，故選項說法錯誤；C、實驗結(jié)束需等到裝置冷卻到室溫后再讀數(shù)，否則剩余的氣體在受熱狀態(tài)下，處于膨脹狀態(tài)，使測定結(jié)果偏小，故選項說法正確；D、該裝置實驗的優(yōu)點是密閉容器中進行測量，無需打開瓶塞點燃白磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而造成實驗誤差，結(jié)果更準確；同時防止生成的五氧化二磷逸散到空氣中，污染小，故選項說法正確。故選：B。3．（2024·河南平頂山·三模）某化學(xué)興趣小組用如圖所示的裝置進行“測定空氣里氧氣的含量”實驗，請回答下列問題。（1）待紅磷燃燒結(jié)束，裝置恢復(fù)到室溫，打開彈簧夾，若集氣瓶中水面最終上升的高度低于刻度1處，其可能的原因是。（2）不能用硫代替紅磷進行實驗，其理由是?！敬鸢浮浚?）紅磷的量不足（合理即可）（2）硫燃燒會生成二氧化硫氣體，不能使集氣瓶內(nèi)外形成壓強差（合理即可）【解析】（1）實驗中集氣瓶中水面最終上升的高度低于刻度1處，其可能的原因是紅磷的量不足，不能將氧氣完全耗盡，也可能是裝置漏氣，在冷卻至室溫的過程中，外界空氣進入，占據(jù)了一定的體積，也可能是未冷卻至室溫，就打開彈簧夾，氣體受熱膨脹，占據(jù)了一定的體積，故填：紅磷的量不足或裝置漏氣（合理即可）；（2）不能用硫代替紅磷進行實驗，其原因是硫燃燒會生成二氧化硫氣體，不能使集氣瓶內(nèi)外形成壓強差，導(dǎo)致進入集氣瓶內(nèi)水的體積偏小，故填：硫燃燒會生成二氧化硫氣體，不能使集氣瓶內(nèi)外形成壓強差（合理即可）。考點2空氣各成分及其體積分數(shù)4．空氣成分中，體積分數(shù)約占的氣體是（）A．氧氣 B．氮氣 C．二氧化碳 D．稀有氣體【答案】A【解析】A、氧氣在空氣中的體積分數(shù)約為21%，它是維持生命活動和支持燃燒所必需的氣體，該選項正確；B、氮氣在空氣中的體積分數(shù)約為78%，是空氣中含量最多的氣體，該選項錯誤；C、二氧化碳在空氣中的體積分數(shù)約為0.03%，該選項錯誤；D、稀有氣體在空氣中的體積分數(shù)約為0.94%，該選項錯誤。故選A。5．（2025·湖北武漢·模擬預(yù)測）下列不屬于空氣成分的是（）A．氮氣 B．二氧化碳 C．稀有氣體 D．氫氣【答案】D【解析】空氣的成分按體積計算，大約是:氮氣78%、氧氣21%、稀有氣體0.94%、二氧化碳0.03%、其他氣體和雜質(zhì)0.03%。氫氣不是空氣成分。故選D。考點3純凈物和混合物6．下列物質(zhì)中屬于純凈物的一組是（）①冰水混合物

②潔凈的空氣

③臭氧

④汽水A．①③ B．②④ C．①② D．③④【答案】A【解析】①冰水混合物：冰和水都是水的不同狀態(tài)（固態(tài)和液態(tài)），屬于同一種物質(zhì)，因此是純凈物；②潔凈的空氣：空氣由氮氣、氧氣、二氧化碳等多種氣體組成，即使“潔凈”也改變不了其混合物的本質(zhì)，因此是混合物；③臭氧：是由一種物質(zhì)組成的，因此是純凈物；④汽水：汽水含有水、二氧化