第一节 由多种物质组成的空气
名师导航
知识梳理
一、探究空气的成分
1.测定空气里氧气含量（装置如图所示）
图2-1
(1)实验步骤：
①连接装置：在集气瓶口连接一个双孔胶塞，一孔插燃烧匙，另一孔插导管，并配上弹簧夹。
②检查气密性：把导管的一端放入水中，用手紧握集气瓶外壁，如果在导管口有气泡冒出，则证明气密性良好。
③在集气瓶内加少量水，并做上记号。
④点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧。
⑤待红磷燃烧，有大量白烟生成。
(2)实验现象：
①红磷燃烧，有大量______生成。
②集气瓶内的水面上升，而且上升至集气瓶体积的_________。
(3)实验结论：
①红磷燃烧的文字表达式：_______________。
②空气中氧气的体积大约占空气体积的_____。
答案:1.白烟 1/5 磷+氧气点燃五氧化二磷 1/5
2.空气的成分及各成分的体积分数
空气的成分按体积计算，大约是：_________占78%，氧气占_________，_________占0.94%，二氧化碳占_________，其他气体和杂质占0.03%。
答案:氮气 21% 稀有气体 0.03
二、纯净物、混合物
纯净物：__________________。纯净物有固定的组成和性质。
混合物：__________________。混合物没有固定的组成和性质。
答案:由一种物质组成的物质 由多种物质组成的物质
三、氮气和稀有气体
1.氮气
(1)物理性质
通常状况下，氮气是一种_________的气体，_________溶于水，密度比空气的。
(2)化学性质
氮气的化学性质_________，一般情况下不能支持燃烧，不供给呼吸，_________与其他物质反应，但在一定条件下，氮气可以和某些物质反应，例如：合成氨、制氮肥、生物固氮等。
答案:无色、无味 难 略小 不活泼 很难
2.稀有气体
(1)物理性质
在通常状况下，稀有气体都是无色、无味的气体。
(2)化学性质
极不_________，过去人们认为这些气体不跟其他物质发生化学反应，曾把它们叫做惰性气体。但随着科学技术的发展，已经发现有些稀有气体在一定条件下也能与某些物质发生化学反应，生成其他物质。
答案:活泼
四、人类需要洁净的空气
1.空气中的污染源主要是_________和_________。
2.保护空气：加强大气质量监测；研制和开发洁净能源；采用化学方法处理工业生产中产生的有害气体；在汽车上安装尾气净化装置；积极植树造林，种草。
答案:烟尘 有害气体
疑难突破
1.测定空气中氧气含量的实验中，为什么采用过量红磷消耗氧气，而不采用木炭、硫磺、铁丝等物质？
剖析：红磷燃烧的产物为五氧化二磷固体，消耗了约占集气瓶体积1/5的氧气，瓶内压强减小，小于外界大气压，当冷却到室温时，打开弹簧夹，水便流入集气瓶内约1/5体积，从而说明空气中氧气的体积分数约占空气体积的1/5；不能改用木炭和硫磺，它们燃烧后的产物分别是二氧化碳和二氧化硫气体，使集气瓶内压强变化不大，因此水不会进入集气瓶。
2.在测定空气中氧气体积分数的实验中，实验结束时，发现水没上升到集气瓶体积的1/5，原因可能有哪些？
剖析：这道题主要从这些方面考虑：有哪些方面有可能使氧气没有消耗完，或有哪些方面虽使氧气消耗完但瓶内压强并没有减少那么多。
①未检查装置的气密性，装置漏气；②红磷量不足或燃烧不完全，使瓶内有剩余氧气；③未冷却到室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减少。
问题探究
问题：请自己再另外设计实验测定空气中氧气的体积分数。
图2-2
探究：实验设计：在加热的情况下，铜能跟空气中的氧气反应，生成黑色的氧化铜。
在由两个注射器组成的密闭系统内留有30 mL空气。给装有细铜丝团的玻璃管加热，同时交替缓慢推动两个注射器活塞，观察发生的现象。停止加热后冷却至室温，将气体全部推至一只注射器中，读出注射器内气体的体积。
实验数据：
实验结论：氧气的体积大约占空气体积的1/5。
典题精讲
例1:：（2010江苏南通中学模拟）下列是我们日常生活中接触到的物质，其中属于纯净物的是( )
A.碘酒 B.蒸馏水
C.可乐饮料 D.铝合金
思路解析
纯净物只含有一种物质，碘酒是在酒中加入了碘，是混合物；可乐饮料是在水中加入了其他物质，是混合物；铝合金是铝和其他物质组成的，不是纯净物。
答案:B
例2:有五种物质：①汽车尾气形成的烟雾；②石油化工厂排出的废气；③人体呼出的二氧化碳气体；④植物光合作用放出的气体；⑤煤燃烧产生的烟尘。其中能使空气严重污染，并对人类造成很大危害的是( )
A.①②⑤ B.②③⑤
C.②④⑤ D.①④⑤
思路解析
造成空气污染的气体有SO2、NO2、CO等，①②⑤排出的气体中分别含有上述气体中的一种或几种。
答案:A
知识导学
本实验的原理是在一定量的空气中，利用过量红磷的燃烧完全消耗其中的氧气而又不产生其他气体，导致压强减小，减小的体积即为空气中氧气的体积，即上升水的体积就是氧气的体积。
本实验成功的关键： ①装置不漏气。因为若装置漏气，虽然装置内气体压强减小，但是从外界又进入一些气体，并不能使压强减小很明显，因而水并不能上升到集气瓶中。
②燃烧匙里要放入过量的红磷，目的是使红磷燃烧，尽可能消耗尽钟罩内的氧气。
③应该到温度冷却到室温时才可以观察，因为如果温度较高时，虽然气体减少，但是压强并不能减少很明显，因而也不能上升到集气瓶体积的1/5。
红磷燃烧时生成无氧化二磷固体小颗粒，因此描述为白烟。烟指的是固体小颗粒。
空气的主要成分是氮气和氧气。
该数值是体积分数，不是质量分数。
空气中各成分体积分数一般是比较固定的。
物质可以分为纯净物和混合物。
纯净物可以用化学式来表示，绝对纯净的物质是没有的，纯净物是相对而言的。
混合物中各成分保持各自的性质。
根据氮气的性质得知其用途广泛，有：
a.制硝酸和化肥的重要原料；
b.用作保护气，如焊接金属时常用氮气作保护气，灯泡中充氮气以延长使用寿命，食品包装里充氮气用来防腐；
c.医疗上用液氮治疗一些皮肤病和在液氮冷冻麻醉条件下做手术；
d.超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能。
稀有气体的用途有：
a.保护气，如焊接金属是用稀有气体来隔绝空气，灯泡中充入稀有气以使灯泡经久耐用。
b.电光源，稀有气体在通电时发出不同的光。灯管里充入氩气，通电时发出蓝紫色光；充入氦气发出粉红色光；充入氦气发出红光。
c.用于激光技术。
d.氦气可作冷却剂。
e.氙气可作麻醉剂。
有害气体主要是SO2、NO2 和CO，还有燃料的燃烧及汽车的尾气。其中SO2、NO2是造成酸雨的主要原因。
当进入大气中的某些有害成分的量超过了大气的自净能力，就会对人类和生物产生不良的影响，这就是大气污染。利用压强差，使水进入，测出氧气的体积，或利用压强差，使密闭系统的活塞移动，根据活塞移动的体积测出氧气的体积。
疑难导析
实验成功的关键之一是保证装置内气体压强减小很明显，使水能上升到集气瓶。
所以我们要分析红磷、木炭、硫磺、铁丝等物质燃烧前后能否保证装置内气体压强减小很明显，由此即可判断测定空气中氧气含量的实验中，应该选用哪些物质。
本题主要考查了测定空气中氧气体积分数实验的实验原理及实验误差分析。水上升体积的多少决定于瓶内压强减小的程度，而影响压强的因素有：①装置的气密性；②消耗氧气的量；③温度。既然水没能上升到集气瓶体积的1/5，那么是瓶内压强减少得较少造成的。所以主要从氧气可能没被消耗完的原因，或即使氧气被消耗完而又有其他气体进来的原因，或温度较高时压强也较大等方面分析。
问题导思
先弄清本实验的原理，就是用可燃物燃烧生成固体物质，除去氧气，减少密闭系统内的压强。再利用压强差，使水进入，测出氧气的体积，或利用压强差，使密闭系统的活塞移动，根据活塞移动的体积测出氧气的体积。由此选择与氧气发生反应的可燃物质就必须满足三个条件：①与空气中的氧气能发生反应；②只与空气中氧气发生反应；③与氧气反应后的生成物质状态不能是气态。对照这三个条件，我们除了可以选择红磷外，还可以选择铜丝。为了便于加热铜丝，我们把铜丝放在细的玻璃管内。铜丝消耗密闭系统内氧气，使压强减小，因而活塞向里移动，使密闭系统内的气体减少。所以通过测量密闭系统内气体体积的减少量，就是氧气的体积，从而测知空气中氧气的含量。
典题导考
绿色通道
纯净物只含一种物质，有固定的组成，能用化学式来表示；混合物含多种物质。
典题变式
（2010山东青岛中考）下列各组物质中，都属于混合物的是( )
A.海水、水银 B.干冰、冰水混合物
C.不锈钢菜刀、铁矿石 D.石墨、氧化铁
答案:C
绿色通道
空气污染的废气包括：①汽车尾气及石油燃烧后排放的气体；②化工厂排放的废气SO2、CO、NO2等；③煤燃烧产生的气体和烟尘；④其他粉尘和污染物。CO2一般不当作空气污染物，但浓度过大可导致“温室效应”。
典题变式
下列情况：①煤的燃烧；②工业废气的任意排放；③燃放鞭炮；④汽车尾气。可能造成污染的是( )
A.①② B.②④
C.①②③ D.①②③④
答案:D