空气的成分
认识空气按体积计算的主要成分及含量,理解测定空气中氧气含量的实验原理、装置与误差来源,知道空气污染的主要来源与防治措施,体会纯净物与混合物的区别。
这一页讲的是九年级上册 第2单元 空气、物质的构成与组成 · 空气的成分里的「空气的成分」,教材要求做到:能说出空气的主要成分及其体积分数。它不是凭空出现的——要先会「物质性质的探究」,这一页才读得顺。学完之后,它会直接支撑「构成物质的微观粒子」。下面配了 8 道诊断题,其中基础 3 道、进阶 5 道,答案与解析全部公开;先自己做一遍,再对照解析找断点。
掌握标准
- 能说出空气的主要成分及其体积分数
- 能解释测定氧气含量实验的原理与常见误差原因
先修关系
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诊断题(共 8 道,答案与解析全公开)
第 1 题 基础
空气中按体积计算含量最多、约占空气总体积 78% 的气体是( )
- 稀有气体
- 氧气
- 二氧化碳
- 氮气
看答案与解析
答案:D
解析:空气中各成分按体积分数计:氮气约占 78%,氧气约占 21%,稀有气体约占 0.94%,二氧化碳约占 0.03%,其他气体和杂质约占 0.03%。氮气含量最多,约占 78%,故选 D。
第 2 题 基础
下列物质中,属于混合物的是( )
- 干净的空气
- 蒸馏水
- 液态氧
- 二氧化碳
看答案与解析
答案:A
解析:混合物由两种或两种以上物质组成,没有固定的组成。空气中含有氮气、氧气、二氧化碳、稀有气体等多种物质,属于混合物。蒸馏水、液态氧、二氧化碳都只由一种物质组成,属于纯净物,故选 A。
第 3 题 进阶
用红磷燃烧法测定空气中氧气的含量,下列操作会使测定结果偏大的是( )
- 红磷的用量不足,瓶内氧气未被完全消耗
- 实验前弹簧夹未夹紧,燃烧时瓶内部分空气受热逸出瓶外
- 装置气密性不好,冷却过程中外界空气进入集气瓶
- 红磷燃烧结束后未冷却到室温就打开弹簧夹读数
看答案与解析
答案:B
解析:测定结果偏大的本质是使进入瓶内的水多于实际消耗氧气的体积。弹簧夹未夹紧时,红磷燃烧放热使瓶内气体膨胀,部分空气逸出瓶外,冷却后进入瓶内的水偏多,结果偏大。红磷不足、装置漏气都会使瓶内压强减小得少,未冷却就读数则气体受热膨胀,三者均使结果偏小,故选 B。
第 4 题 挑战
某同学用木炭代替红磷测定空气中氧气的含量,结果明显偏小,其主要原因是( )
- 木炭燃烧消耗的氧气比红磷多,使瓶内压强减小得更多
- 木炭燃烧时放出的热量比红磷少,气体膨胀不明显
- 木炭燃烧生成二氧化碳气体,瓶内气体总量和压强变化不明显,进入瓶内的水偏少
- 木炭在常温下不能与氧气反应,无法消耗瓶内氧气
看答案与解析
答案:C
解析:红磷燃烧只生成固体五氧化二磷,瓶内气体减少的体积就是消耗氧气的体积。木炭燃烧生成二氧化碳气体,消耗氧气的同时又生成等体积左右的气体,瓶内气体总量减少不多,压强下降不明显,进入瓶内的水偏少,测得氧气含量偏小。热量多少与木炭能否消耗氧气都不影响这一结论,故选 C。
第 5 题 基础
空气的成分按体积计算,约占空气总体积 78% 的气体是____(填物质名称)。
看答案与解析
答案:氮气
解析:空气按体积分数由多到少依次是氮气约 78%、氧气约 21%、稀有气体约 0.94%、二氧化碳约 0.03%、其他气体和杂质约 0.03%。含量最多、占 78% 的是氮气,故填氮气。
第 6 题 进阶
用红磷燃烧法测定空气中氧气含量的实验中,红磷燃烧消耗瓶内的____,生成白色固体五氧化二磷,使瓶内气体压强减小,冷却后打开弹簧夹,水被压入瓶中。
看答案与解析
答案:氧气
解析:该实验的原理是:红磷在密闭容器内燃烧,只与空气中的氧气反应,生成的五氧化二磷是固体,瓶内气体体积减小,压强降低,冷却后打开弹簧夹,烧杯中的水被压入瓶内,进入瓶中水的体积即为被消耗氧气的体积,故填氧气。
第 7 题 挑战
用红磷燃烧法测定空气中氧气的含量时,实验操作不当会造成测定结果出现偏差。请说明装置漏气、红磷用量不足、未冷却到室温就打开弹簧夹这三种情况分别对测定结果的影响,并简述理由。
看答案与解析
答案:装置漏气会使结果偏小,因为冷却时外界空气进入瓶内补充了被消耗的氧气,瓶内压强减小得少,进入瓶内的水偏少;红磷用量不足会使结果偏小,因为瓶内氧气没有被完全消耗,压强减小得少,进入瓶内的水偏少;未冷却到室温就打开弹簧夹会使结果偏小,因为瓶内剩余气体温度高、体积大,压强偏大,进入瓶内的水偏少。
解析:该实验以进入瓶内水的体积代替被消耗氧气的体积,凡是使瓶内压强减小幅度变小或使外界气体进入瓶内的操作,都会使进入的水偏少、结果偏小。漏气、红磷不足、未冷却读数三者分别从补充气体、消耗不完全、气体受热膨胀三个角度减小了压强差,故测定值均偏小。
第 8 题 进阶
某同学用红磷燃烧法测定空气中氧气的含量。集气瓶容积为 250 mL,实验前先向瓶内装入 50 mL 水,冷却后打开弹簧夹,又有 38 mL 水进入瓶中。请计算该同学测得的氧气体积分数(用小数表示)。
看答案与解析
答案:0.19
解析:瓶内原有空气的体积为 250 mL 减去 50 mL 等于 200 mL,进入瓶内水的体积等于红磷消耗氧气的体积,即 38 mL。氧气体积分数等于 38 除以 200,结果为 0.19,即 19%。正常空气中氧气约占 21%,测得值略小,说明实验操作或读数存在偏差。
课标对应
…2.2 常见的物质2.2.1 空气、氧气、二氧化碳了解空气的主要成分,通过实验探究认识氧气、二氧化碳的主要性质,认识物质的性质与用途的关系; 初步学习氧气和二氧化碳的实验室制法,归纳实验室制取气体的一般思路与方法;以自然界中的氧循环和碳循环为例,认识物质在自然界中可以相互转化及其对维持人类生活与生态平衡的意义…
《课程标准》原文节选(che-2022:yue)
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