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第 3 讲 空气的组成 智能概述 18 世纪 70 年代法国化学家拉瓦锡通过金属汞在空气中燃烧和氧化汞分解的定量实验，第一次明确提出空气是 由氧气和氮气组成的，其他科学家继续研究又发现了空气中含有氩气。 空气的组成成分如下： 只有一种物质组成的物质称为纯净物，有两种或两种以上的物质混合而成的称为混合物，空气是混合物。 空气污染通常指有害气体（一氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物）以及可吸入颗粒即粉尘。 问题解决 例 1以下装置都可以用于实验室测定空气中氧气含量的实验。 (1)该实验所依据的原理是 ，实验应选择仅能与空气中的氧气反 应的固体物质，如 、 .且生成物在常温下应为___（固体、液体或气体). (2)实验完毕后、集气瓶中剩余的气体主要是氮气.该实验还能得出氮 气具有哪些性质了 、 (写出两条即可). (3)如果图 B 中未安装止水夹。整个实验过程中能观察到的现象有(写出两条即 可) 、 。 例 2用来测定空气成分的方法很多，图 1所示的是用红磷在空气中燃烧的测定方法。 实验过程是： 第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。 第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧。 第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的 51 请回答下列问题： （1）集气瓶中剩余的气体主要是______。 （2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的51，你认为导致这一结果的原因可能 是： 。（答一条） （3）写出红磷燃烧的文字表达式 。 （4）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图 2 所示 ），你认为改进后的优点 是： 。 例 3如图所示装置也可用来测定空气中氧气的含量。对该实验认识不正确的是( ) A. 红磷的量不足会影响实验结论 B. 装置不漏气是实验成功的重要因素之一 C. 将红磷改为碳也能得到正确的实验结论 D. 钟罩内气体压强的减小会导致水面的上升 例 4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 的试管作为反应容器，将过量 的白磷放入试管，用橡胶塞塞紧试管，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。假设此实验能够按照小华的设想正常进行，白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，且两个容器间的导管 足够粗，保持空气正常流动。请回答下列问题： (1)实验前,打开弹簧夹,将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至 15mL 刻度处,然后松开手,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： 。 例 5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】可能是氮气(N2). 实验初步验证的方法及现象： 【新的猜想】充入的气体还可能是：① ；② . 例 6空气是一种宝贵资源.下列有关空气的说法正确的是（ ） A. 空气中含量最多的是氧元素 B. 空气由氧气和氮气组成，其中氧气的质量约占空气质量的51 C. 空气中分离出的氮气化学性质不活泼，可作食品保鲜的保护气 D. 空气质量报告中所列的空气质量级别数目越大，空气质量越好 刻意练习 1.下列关于空气的说法，正确的是（ ） A. 空气中只有单质 B. 空气是一种纯净物 C. 空气是一种重要的资源 D. 空气中氧气的质量分数为 21% 2.某班同学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51，乙同学的广口瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的 51。下列对这两种现象解释合理的是（ ） ①甲同学可能使用红磷的量不足，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，红磷燃烧时瓶内部分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，瓶内部分空气受热逸出. A. 只有①③ B. 只有②④ C. 只有①②③ D. ①②③④ 3.闪电时空气中有臭氧（O3）生成.下列说法中正确的是（ ） A. O3 和 02 混合得到的是纯净物 B. O2 比 O3 稳定 C. 等质量的 03 和 02 含有的氧原子数之比是 2：3 D. 03 与 02 的相互转化是物理变化 4.下列各组物质中，前者属于混合物，后者属于纯净物的是（ ） A. 水银、汽油 B. 不锈钢、汽水 C. 空气、盐酸 D. 塑料、液氨 5.空气污染指数是我国城市空气质量日报的主要内容之一.目前计入其中的各项污染物除可吸入颗粒外，还包括的 气体是（ ） A. SO2 O2 NO2 B. SO2 CO2 NO2 C. SO N2 NO2 D. SO2 CO NO2 6.空气质量日报是环境监测部门对一个地区空气质量情况所做的监测报告.目前计入空气主要污染物的是可吸入颗 粒物、一氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物.下列情况能直接造成空气污染的是（ ） A. 把煤作为主要燃料 B. 随意丢弃塑料垃圾 C. 随意丢弃废电池 D. 利用太阳能、风能等清洁能源 7.今年春天，我国北方多次发生强烈的沙尘暴，大量沙尘不仅降落到北京，甚至远降韩国，日本也能观察到沙尘. 专家对沙尘褒贬不一，有专家研究表明，沙尘能减弱酸雨的酸性，减弱温室效应，也有专家研究表明，沙尘是形成 酸雨的原因之一.根据上述短文和你所学的知识判断，下列关于'沙尘'的说法中有错误的是（ ） A. 沙尘已成为跨国境的环境问题 B. 飘浮在空气中的沙尘属于空气质量周报'首要污染物'中的可吸入颗粒物 C. 沙尘形成酸雨，可能是沙尘吸收了经过地区被污染空气中的氮、硫氧化物所致 D. 沙尘可用来改良酸性土壤 8.某同学利用如图装置粗略地测定空气中氧气的体积分数,图中烧杯上方玻璃管(预先固定好)中部有一可左右滑动 的活塞,活塞左端管内密封有空气。活塞右端的玻璃管口跟空气连通。实验开始前活塞处在刻度 5cm 处.(已知：白 磷在 40℃左右即可燃烧) (1)向烧杯内加入适量水，与生石灰反应的日的是反应放热，使白磷达到着火点： (2)可观察到玻璃管内发生的现象：①白磷(足量) :②活塞 移动； (3)实验结束，恢复至常温后，活塞应停在约 cm 处，。据此可得出的结论是 . 9.用磷的同素异形体红磷和白磷做如下实验，装置如图所示．取 0.5 克（过量）红磷置于燃烧匙中，点火后立即插 入瓶内并塞紧橡皮塞，停止燃烧后待瓶温冷却到室温，把瓶倒置于盛水的水槽中，在水面下打开塞子，任水进入瓶 里，最终进入瓶内水的体积约为瓶容积的 15%．如果把 0.5 克（过量）白磷置于燃烧匙中，按照相同操作最终进入 瓶内水的体积约占瓶容积的 21%． （1）以上两个实验结果说明了什么？ ． （2）有人认为，在水面下打开塞子水即进入瓶内，主要原因是五氧化二磷溶于水，这种看法是否正确？为什么？ ． （3）白磷和红磷燃烧时看到的现象是 ，反应的符号表达式 是 ． 10.如图，为了研究空气中所含氧气的体积，用一个 50mL 量筒倒扣在水中，量筒内外液面均位于 40mL 处。量筒内 浮着一个铜制的小船，船中放有少量白磷。现把氢氧化钠缓缓投入水中并搅拌，这样做的原因 是 .放白磷的小船用铜做的原因是 .一 会儿，白磷发生自燃，观察到 ，最终，液面大约位于量筒刻度______处。 11.人通过肺与外界进行气体交换,消耗空气中的部分氧气,排出二氧化碳、水蒸气等气体。但人体排出的二氧化碳 究竟是吸入空气中原有的,还是人体代谢的最终产物?为了证实这个问题,有人采用以下装置进行实验(如图). (1)人吸气时,将活塞 A (选填'打开'、'关闭'、下同)，活塞 B ，此时可观察到的现象 是 . (2)人呼气时，应将活塞 A ，活塞 B ，此时可观察到的现象 是 . (3)将上述操作反复进行，能证明人呼出的气体中含有的二氧化碳不是来自空气，而是人体的代谢产物的实验现象 是 有关的化学方程式 是： . 12.实验室中红磷长期存放时，若密封不好会变得很潮湿。查资料知：红磷能被氧气氧化生成五氧化二磷。甲、乙 两同学为探究具有吸水性的物质究竟是红磷还是五氧化二磷，设计了两个实验进行验证。 实验Ⅰ：将盛有 5g 干燥红磷的烧杯放入充满稀有气体的密闭容器中，同时在其中放入盛有 20mL 水的小烧杯。 实验Ⅱ：将盛有 5g 干燥红磷的烧杯放入充满氧气的密闭容器中，同时在其中放入盛有 20mL 水的小烧杯。 请回答下列有关问题： (1)两个实验均采用相同的 5g 红磷和 20mL 水作为实验对象的原因是 ，实验Ⅰ中使用充满稀有 气体的密闭容器的目的是 ； (2)一段时间后观察，实验Ⅰ中的红磷没有什么变化，实验Ⅱ中的红磷变潮湿且质量增大，由此说 明 ； (3)检验潮湿的红磷中有酸性物质生成的方法： . 13.人类发明并使用氟利昂(主要用作制冷剂)若干年后，科学家发现氟利昂进入大气层后，在紫外线照射下分解出 的氯原子能消耗臭氧，其破坏臭氧层的循环示意图如下： (1)请写出臭氧的化学式 .
(2)上述三步反应中属于分解反应的是 (填序号). (3)经过上述①②③的反应过程后,作为反应物的氯原子的个数是否发生变化? .(填'是'或'否') (4)诺贝尔奖获得者莫里纳博士研究表明：'少量氟利昂就能对臭氧层产生巨大的影响。'请你根据循环示意图简 要说明他的观点 . (5)在科学家的建议下，国际社会签署了限制使用和消费氟利昂的协议，使得大气中氟利昂的含量得到了控制。请 你根据本题提供的信息，就怎样有效保护环境谈一点建议或认识： . 14.注射器是一种普通的医疗器械，但它在化学实验中发挥着越来越大的作用.某化学以趣小组为了测定空气 中氧气的含量，进行了如下探究活动: 【查阅资料】白磷的着火点是 40℃，红磷的着火点是 240℃，两种物质的燃烧产物五氧化二磷是白色固体， 会刺激人体呼吸道，能与空气中的水蒸气反应，生成有毒的偏磷酸. 【设计实验】设计了如右图的装置进行探究活动
【步骤与现象】 ①测量试管的容积为 40 mI. ②检查装置的气密性良好; ③装药品，将注射器活塞调整到合适位置，连接好仪器; ④用弹簧夹夹紧胶皮管，加热粗铜丝，观察现象; ⑤燃烧结束。试管冷却到室温后打开弹簧夹，观察活塞的移动情况 【反思与交流】 (l）实验中利用了铜丝的 性，与课本实验相比，此实验改进的优点是_(答一点即可). (2)兴趣小组同学测量试管容积的方法可能是 . (3)步骤③中注射器活塞至少应调到 mL 处(填整数). (4)小华同学认为步骤⑤在保证活塞自由移动的前提下，观察活塞位置时，最好将试管和注射器整体横放，小华同 学的理由是 15.某课外活动小组在学习了铜与氧气反应(2Cu+O2=2CuO)这一性质后，想做一做'空气中氧气含量的测定'实验，
并在最后将铜丝进行回收。 (1)课外活动小组对空气中氧气含量的测定做了如下实验：在由两个注射器组成的密闭系统内有 50mL 空气，如图。 然后给装有铜丝的玻璃管加热。同时交替推动两个注射器的活塞，至玻璃管内的铜丝变黑且较长时间内无进一步变 化时停止。停止加热后，待冷却至室温将气体全部推至一个注射器内。 请根据你对上述实验的理解，回答下列问题： ①实验结束后，注射器内空气的体积减少了约__ __ __ __ __ __ _mL，这是因为 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _ ②在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _。 ③上述实验只是粗略测定空气中氧气含量的一种方法，你认为造成该实验不够精确的 可能原因是 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _。 (2)课外活动小组发现红热的铜丝变黑后，为了回收再利用铜丝，在研究如何除去黑色 物质的讨论中，制定了下列方案。
请根据以上方案回答： ①乙方案的烧杯中发生反应的化学方程式为 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ 两种方案相比较，甲方案的不足之处是 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _。 ②若采用甲、乙两种方案处理此变成黑色的铜丝，并且充分反应，则回收的铜丝 a 的质 量__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _ (填'<'、'>'、'=')铜丝 b的质量。 16.某研究性学习小组设计了如图所示的定量测定装置,其中 B是圆筒状玻璃容器(带密封盖子)，上面标有以厘米为 单位的刻度，其他夹持装置已略去。小玲同学用这套装置按下列操作过程探究空气中氧气的体积分数： ①检查装置的气密性。 ②容器 A. B 中加入水，使 B中的液面在 15cm 处。 ③将过量的铁粉平铺在电热板上，盖好容器。 ④通电加热铁粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，调整 A 的高度使容器 A. B 中的液面保持水平，记录液面刻 度。 请回答下列问题： (1)在操作①中检查装置气密性的最佳方法是___. A. 双手握住 B 容器，观察 A 中液面是否上升 B. 双手握住 B 容器，观察 A 中是否有气泡产生 C. 调整 A 的高度，观察 A. B 中的液体是否出现液面差，且保持不变 (2)该反应中，铁粉发生了___ 反应。 (3)在该同学的实验中，下列物质能代替铁粉的有___. A. 红磷 B.木炭 C.铜粉 D.硫粉 (4)操作④结束时，装置 B 中的液面最接近的刻度是___ |
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