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】
知识点一、拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分
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。实验装置图如下：
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。 知识点二、测定空气中氧气含量的方法 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。
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（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）。 知识点三、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(N2) 氧气（O2） 稀有气体(氦气、氖气、氩气等) 0.94% 二氧化碳(CO2) 0.03% 其他气体和杂质 0.03% 占空气总体积的比例 78% 21% 【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。
知识点四、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，各种物质彼此间不区别 具有固定的组成 ②可以用化学式表示，如氧气用O2表示 反应，没有固定的组成 ②不能用化学式表示 第2页 共7页
③有固定的化学性质 ③无固定性质（如熔、沸点等），各自保持原物质的性质 举例 氧气、氮气、二氧化碳、蒸馏水、氢氧化钙等 联系 空气、盐水、糖水、矿泉水、铝合金、酱油等 【要点诠释】
混合物是由纯净物混合而成。 知识点五、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.空气中氧气约占空气体积的( )
A.4/5 B.3/5 C.2/5 D.1/5 【答案】D
【解析】氮气约占空气体积的4/5，氧气约占空气体积的1/5。
【点评】 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。 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
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【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
2.为了测定空气的成分，按右图所示装置做实验：
（1）将燃烧匙中过量的红磷点燃后放入集气瓶中，能观察到的现象是 。 （2）反应停止，待集气瓶冷却后打开止水夹，烧杯中的水会 ,约达到集气瓶内空气体积的 为止。
（3）此实验说明 。
（4）已知镁+氧气
氧化镁（固体） 镁+氮气
氮化镁(固体)
根据上述反应推论，能否用镁代替红磷测定空气成分呢？ 【答案】（1）红磷在空气中燃烧，产生大量白烟，放出热量 （2）沿导管进入集气瓶中 1/5
（3）空气中含有氧气，大约占空气总体积1/5 （4）不能 【解析】
（2）过量的红磷燃烧，将集气瓶中的氧气完全消耗掉，使瓶内压强减小；冷却后打开止水夹，烧杯中的水被倒吸入集气瓶内，所进水的体积和消耗掉氧气的体积相等。
（4）镁燃烧时不仅与空气中的氧气反应，还可与氮气反应，生成的两种物质也为固体，无法准确测出空气中氧气或氮气的实际含量。
【点评】测定空气中氧气的含量，主要是利用了可燃物燃烧消耗了氧气，使密闭容器中压强减小，在外界大气压作用下，烧杯中的水倒吸入集气瓶内。 举一反三：
【变式】如图所示，在一个具有刻度和可以左右滑动的活塞的玻璃容器里放入白磷（足量），活塞左端管内密封有空气，右端的管口跟空气连通。将玻璃容器固定在盛有80℃热水（恒温）的烧杯上，进行实验（白磷被加热到40 ℃时即能着火燃烧）。试回答：
（1）实验过程中可观察到：白磷燃烧，产生 ，活塞先向右移动（白磷燃烧放热使气体膨胀），燃烧停止冷却后再向左移动，最终停在刻度 处。 （2）由此实验可以得出，空气中氧气的体积约占空气体积的 。 【答案】（1）白烟 4
（2）1/5
类型三、考查纯净物和混合物
3.下列各组物质都属于纯净物的是( )
A.海水 蒸馏水 B.汽油 柴油
C.氯酸钾 干冰 D.洁净的空气 石灰水 【答案】C
【解析】蒸馏水、氯酸钾和干冰为纯净物，其他物质都是混合物。
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【点评】只由一种物质组成的物质叫纯净物，由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物。 举一反三：
【变式】下列选项中属于混合物的是( )
【答案】C
类型四、考查空气污染
4.在治理城市空气污染中所采取的措施不正确的是（ ） A．少用煤作燃料 B．增加绿地面积 C．焚烧落叶 D．汽车改用清洁燃料 【答案】C
【解析】增加绿地面积，可以增加光合作用，把二氧化碳转化为氧气；少用煤作燃料，可以减少二氧化硫等有害物质的排放；汽车改用清洁燃料，可减少有毒气体的排放；焚烧落叶，会产生大量烟等有害物质。
【点评】了解空气污染的危害及防治措施。 举一反三：
【变式】下列物质中，属于空气污染物的是（ ） A.氧气 B.二氧化碳 C.氮气 D.粉尘 【答案】D
空气组成和氧气含量的测定（提高）
【巩固练习】
一、选择题 (每小题只有一个选项符合题意) 1.下列关于空气的说法正确的是（ ）
A.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%
B.稀有气体就是在任何情况下都不能跟其它物质发生化学方应的气体 C.空气中各气体成分及其含量一定是固定不变的 D.汽车发动机排放的气体，是城市空气主要污染源 2.按体积计算，空气中含量最多的是（ ）
A.氧气 B.氮气 C.稀有气体 Ｄ．水蒸气 3.空气中含量较多且性质比较活泼的气体是（ ）
Ａ．氧气 Ｂ．氮气 Ｃ．二氧化碳 Ｄ．水蒸气 4.关于稀有气体的叙述中，错误的是（ ）
A.通电时发出有色的光 B.都是无色无味的气体 C.不和其他物质发生化学反应 D.在空气中的含量为0.94% 5.在我国的许多城市里，空气质量监测的指标主要包括（ ）
①悬浮颗粒（粉尘）②氧气③二氧化碳④一氧化碳⑤氮气⑥二氧化硫⑦稀有气体⑧氮的氧化物（二氧化氮）
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