空气组成和氧气含量的测定(基础)
【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】
要点一、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。
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。 要点二、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。
(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)。 要点三、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。
要点四、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,各种物质彼此间不具有固定的组成 区别 ②可以用化学式表示,如氧气用O2表示 ③有固定的性质 反应,没有固定的组成 ②不能用化学式表示 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。 要点五、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.(2015?重庆中考)空气中氮气的体积分数大约是( ) A. 21% B. 31% C. 50% D. 78% 【思路点拨】根据空气中各成分的体积分数进行分析判断即可。 【答案】D
【解析】空气中各成分的体积分数分别是:氮气大约占78%、氧气大约占21%、稀有气体大约占0.94%、二氧化碳大约占0.03%、其他气体和杂质大约占0.03%。
【总结升华】本题考查了空气中各种气体的含量,同学们要记忆有关的知识点,在理解的基础上应用。
2.(2016?大连中考)空气中含量较多且能用于食品包装的气体是( ) A.氮气
B.氧气
C.稀有气体
D.二氧化碳
【思路点拨】根据空气中各成分及体积分数和性质,本题解题的关键信息是:“含量较多且充入食品包装中以防腐”,充入食品包装中以防腐,说明该气体化学性质不活泼。 【答案】A
【解析】空气中各成分及体积分数为:氮气:78%、氧气:21%、稀有气体:0.94%、二氧化碳0.03%、水蒸气和杂质:0.03%.氮气在空气中含量较多,且化学性质不活泼,能充入食品包装中以防腐。 【总结升华】本题难度不大,熟记空气中各成分及体积分数,掌握它们的性质与用途是正确解题的关键。 举一反三:
【变式1】最早通过实验测定出空气组成的科学家是 ( )
A.瑞典的舍勒 B.英国的汤姆生
C.法国的拉瓦锡 D.意大利的阿伏加德罗 【答案】C
【变式2】关于稀有气体的叙述中,错误的是( )
A.稀有气体是空气中含量最多的气体 B.都是无色无味的气体