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2019-2020年九年級(jí)化學(xué) 2.1《空氣的成分》學(xué)案 粵教版 知識(shí)梳理 1.空氣的組成和氧氣含量的測(cè)定 (1)空氣的成分按照體積分?jǐn)?shù)計(jì)算，氮?dú)饧s占________%，氧氣約占________%，約占0.94%，二氧化碳約占________%，__________約占0.03%。 (2)使用加熱銅絲的方法測(cè)定空氣中氧氣的含量時(shí)，觀察到的主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：銅絲變成__________；氣體的總體積__________ 。該實(shí)驗(yàn)可得出的結(jié)論是：空氣中氧氣的體積約占。 2.空氣是一種重要的資源 (1)在工業(yè)上利用空氣中氧氣、氮?dú)?、稀有氣體的___________不同，采用__________的方法將各種氣體分離出來(lái)。氧氣的沸點(diǎn)__________氮?dú)獾姆悬c(diǎn)。 (2) 空氣的成分 用途 氧氣 氮?dú)? 稀有氣體 3.稀有氣體 18世紀(jì)中葉以前，人們一直把空氣看作是單一成分的物質(zhì)，1775年，法國(guó)化學(xué)家用__________定量的方法得出空氣是由氮?dú)夂脱鯕饨M成的結(jié)論。1882年，英國(guó)物理學(xué)家雷利和化學(xué)家拉姆賽發(fā)現(xiàn)了空氣中的__________氣體——?dú)鍤狻? 4.混合物和純凈物 混合物是由__________組成的，例如________：;純凈物只由___________組成，例如：__________。 疑難突破 1.測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)中，為什么采用過(guò)量紅磷消耗氧氣，而不采用木炭、硫磺、鐵絲等物質(zhì)？ 剖析：紅磷燃燒的產(chǎn)物為五氧化二磷固體，消耗了約占集氣瓶體積1/5的氧氣，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓，當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，打開(kāi)彈簧夾，水便流入集氣瓶?jī)?nèi)約1/5體積，從而說(shuō)明空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約占空氣體積的1/5；不能改用木炭和硫磺；它們?nèi)紵蟮漠a(chǎn)物分別是二氧化碳和二氧化硫氣體，使集氣瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變化不大，因此水不會(huì)進(jìn)入集氣瓶。 2.在測(cè)定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，發(fā)現(xiàn)水沒(méi)上升到集氣瓶體積的1/5，原因可能有哪些？ 剖析：水上升體積的多少?zèng)Q定于瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小的程度，而影響壓強(qiáng)的因素有：①裝置的氣密性；②消耗氧氣的量；③溫度。 原因可能有：①未檢查裝置的氣密性，裝置漏氣；②紅磷量不足或燃燒不完全，使瓶?jī)?nèi)有剩余氧氣；③未冷卻到室溫就打開(kāi)彈簧夾，使進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積減少。 問(wèn)題探究 問(wèn)題 小剛對(duì)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的一種蛋糕發(fā)生了興趣，這種蛋糕包裝在充滿(mǎn)氣體的小塑料袋內(nèi)，袋內(nèi)的氣體充得鼓鼓的，看上去好像一個(gè)小“枕頭”。在食品包裝袋中充入的氣體是什么呢? 猜想：他認(rèn)為這種充氣包裝技術(shù)主要是為了使食品能夠較長(zhǎng)時(shí)間地保鮮、保質(zhì)。小剛猜想是二氧化碳或者是氮?dú)狻? 實(shí)驗(yàn)探究： 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論 方案1 擠壓塑料袋，并用導(dǎo)氣管將氣體導(dǎo)入澄清石灰水中 若澄清石灰水變渾濁，是二氧化碳 方案2 用小試管收集塑料袋內(nèi)的氣體，把小試管倒立在水中 若小試管內(nèi)的水面上升，是二氧化碳 典題精講 例1 下列關(guān)于空氣的敘述中，正確的是( ) A.沒(méi)有顏色、沒(méi)有氣味的氣體是空氣 B.空氣的成分中，氧氣占21%,氮?dú)庹?8% C.空氣中含有氮?dú)?、氧氣、稀有氣體、二氧化碳等成分 D.由于人和動(dòng)物呼吸作用都是吸入氧氣，呼出二氧化碳，所以空氣中的氧氣會(huì)逐年減少，二氧化碳會(huì)逐年增多 思路解析 無(wú)色、無(wú)味的氣體不一定是空氣，如氧氣、氮?dú)獾?空氣的成分按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算大約是氮?dú)?8 % ,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 %。選項(xiàng)B沒(méi)有指明是體積分?jǐn)?shù)，還是質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則氧氣大約占23.2%。人和動(dòng)物的呼吸作用，吸入氧氣呼出二氧化碳，植物的光合作用要吸收二氧化碳放出氧氣，自然界多種因素間的相互補(bǔ)償，使空氣的成分比較固定。 答案：C 例2 小明同學(xué)用如圖2-1所示的裝置做測(cè)定空氣中氧氣的含量的實(shí)驗(yàn)。 圖2-1 1.紅磷在集氣瓶中燃燒時(shí)，可觀察到怎樣的現(xiàn)象? 2.紅磷熄滅并冷卻后，打開(kāi)彈簧夾，又觀察到怎樣的現(xiàn)象? 3.燃燒后，集氣瓶?jī)?nèi)氣體主要是氮?dú)?，?qǐng)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)推側(cè)氮?dú)獾奈锢硇再|(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 4.小明同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入集氣瓶里的水未達(dá)到預(yù)定高度，請(qǐng)你幫小明同學(xué)分析一下原因。 思路解析 實(shí)驗(yàn)時(shí)，紅磷要稍過(guò)量，目的是完全消耗集氣瓶中的氧氣，以便測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。氧氣完全反應(yīng)后，紅磷熄滅，證明氮?dú)獠恢С秩紵?化學(xué)性質(zhì))，集氣瓶中的水只能上升到一定高度，證明氮?dú)獠灰兹苡谒?物理性質(zhì))、不與水反應(yīng)(化學(xué)性質(zhì))，還可以了解到氮?dú)馐菬o(wú)色無(wú)味的氣體(物理性質(zhì))。水未上升到預(yù)定高度，可能的原因很多，可從實(shí)驗(yàn)裝置本身的原因及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的失誤來(lái)分析。 答案：1.紅磷燃燒，放出熱量，有大量的白煙生成。 2.有水進(jìn)入集氣瓶中，且進(jìn)入的水約占集氣瓶容積的1/5。 3.氮?dú)馐菬o(wú)色無(wú)味氣體，不易溶于水(物理性質(zhì));不支持燃燒(化學(xué)性質(zhì))。 4.彈簧夾至燒杯的導(dǎo)管內(nèi)有空氣、紅磷不足量、裝置漏氣、觀察時(shí)溫度未完全冷卻至室溫。 知識(shí)導(dǎo)學(xué) 在前面的學(xué)習(xí)中，你已經(jīng)知道了空氣中含有氮?dú)夂脱鯕猓艘酝?，空氣中還含有哪些成分?我們知何通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究空氣的組成?化學(xué)上如何表示像空氣中氧氣、氮?dú)獾任镔|(zhì)的組成?氧氣、氮?dú)鈱?duì)人類(lèi)如此重要，他們到底具有怎樣的性質(zhì)?學(xué)習(xí)完本節(jié)后，相信你會(huì)找到這些問(wèn)題的答案。 空氣的主要成分是氮?dú)夂脱鯕猓⒁膺@里計(jì)算的是體積分?jǐn)?shù)，而不是常說(shuō)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 積極動(dòng)手實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣中氧氣的含量，在實(shí)驗(yàn)中鍛煉實(shí)驗(yàn)探究能力。實(shí)驗(yàn)中要用較多量的紅磷，控制好溫度、裝置氣密性等的影響。 工業(yè)上用蒸發(fā)液態(tài)空氣的方法分離各種氣體，這一過(guò)程是物理變化而不是化學(xué)變化。稀有氣體是氦、氖、氬、氪、氙等氣體的總稱(chēng)。早期人們把它們統(tǒng)稱(chēng)惰性氣體是因?yàn)樵缙谌藗冋J(rèn)為這些氣體不跟其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在一定條件下，有些稀有氣體也能跟某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而生成其他物質(zhì)。所以現(xiàn)在統(tǒng)稱(chēng)稀有氣體。 關(guān)鍵是理解混合物和純凈物的概念，抓住是否“含一種物質(zhì)”來(lái)理解。 疑難導(dǎo)析 本題綜合考查物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，以及考查了測(cè)定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。要清楚紅磷燃燒后生成什么物質(zhì)，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)有何變化；要明確木炭和硫磺是否可以燃燒消耗氧氣，生成的物質(zhì)使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)有何變化。鐵在空氣中能否燃燒，能否消耗氧氣。 這里主要考察了測(cè)定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)誤差分析。這道題主要從這些方面考慮：有哪些方面有可能使氧氣沒(méi)有消耗完，或有哪些方面雖使氧氣消耗完但瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)并沒(méi)有減少那么多。 所以主要從氧氣可能沒(méi)被消耗完的原因，或既使氧氣被消耗完而又有其他氣體進(jìn)來(lái)的原因，或溫度較高時(shí)壓強(qiáng)也較大等方面分析。 問(wèn)題導(dǎo)思 首先在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案時(shí)，要結(jié)合兩種氣體的性質(zhì)不同，設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)。 回顧二氧化碳和氮?dú)獠煌奈锢硇再|(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，二氧化碳密度是否比空氣大、是否易溶于水、是否能使澄清石灰水變渾濁。由此確定三種方案:利用密度的不同、利用和石灰水反應(yīng)的不同和利用溶解性的不同。這要求同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)要注意學(xué)習(xí)和歸納典型物質(zhì)的各種性質(zhì)，并注意對(duì)比分析它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。 還要解決取樣方法的問(wèn)題，三種方案的取樣方法各不相同，這要根據(jù)具體的方案來(lái)確定。同一方案的取樣方法也是多樣的，比如方案一也可以用注射器吸取后導(dǎo)入澄清石灰水中。 典題導(dǎo)考 綠色通道 熟悉空氣的物理性質(zhì)及各成分的含量、各成分在自然界中的循環(huán)變化。 典題變式 下列對(duì)空氣的敘述正確的是( ) A.空氣中氧氣約占總質(zhì)量的1/5，氮?dú)饧s占總質(zhì)量的4/5 B.除了氮?dú)夂脱鯕?，空氣中含量最多的是二氧化? C.空氣是一種寶貴的自然資源 D.空氣中的水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為3% 答案：C 綠色通道 實(shí)驗(yàn)中要認(rèn)真觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的失誤和誤差要認(rèn)真分析。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可圍繞磷燃燒消耗氧氣引起壓強(qiáng)減小，使水位上升或其他明顯的現(xiàn)象來(lái)設(shè)計(jì)。典題變式 已知空氣的主要成分是氮?dú)夂脱鯕狻Ｄ痴n外小組設(shè)計(jì)了測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如左圖2-2所示: 圖2-2 紅磷在空氣燃燒 (1)紅磷在集氣瓶中發(fā)生反應(yīng)的文字表達(dá)式為:________ ___，該實(shí)驗(yàn)中紅磷需稍過(guò)量，目的是_________________________________。 (2)若將紅磷換成碳粉，該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊瘾@得成功?(填“能”或“否")理由是: _____________。 答案：(1)磷+氧氣 五氧化二磷 完全消耗空氣中的氧氣。 (2)否 碳燃燒生成氣體，集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)不會(huì)減少，沒(méi)有水進(jìn)入集氣瓶，因此實(shí)驗(yàn)不能獲得成功