专题四：空气的组成
一、拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验
1．实验方法和原理
在曲颈甑（盛空气）里加热汞。
拉瓦锡测定空气的组成的原理：汞+氧气氧化汞，氧化汞汞+氧气。
实验装置：
2．实验现象及分析
（1）银白色的液态汞变成红色粉末(氧化汞）。生成气体的体积和所消耗气体的体积恰好相等，且将生成的气体加入到前一容器中剩余的气体里，所得气体跟空气的性质完全一样。
（2）容器里空气
①体积减小约1/5（氧气）
②剩余气体约4/5（氮气）
（3）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。
3．汞的优缺点粉分析
（1）使用汞的优点
①汞在加热的条件下，只与氧气反应。
②汞为液态，在汞槽中起到液封的作用，并能直接用来测量反应器内空间体积的变化。
③生成的氧化汞分解又能得到汞和氧气，把得到的氧气加到剩下的体积的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。
④汞的沸点较低，汞蒸气与氧气反应比较充分，能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽。
⑤氧化汞的密度小于汞的且不溶于汞，因此易与汞分离
（2）使用汞的缺点
汞有毒，汞蒸气易挥发，会造成环境污染，甚至危害人体健康。
【典例精析】拉瓦锡的实验
【典例1】下列关于化学家和化学史叙述不正确的是（ ）
A．张青莲教授为相对原子质量的测定做出了卓越贡献
B．拉瓦锡得出空气是由氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等气体组成的结论
C．门捷列夫发现了元素周期律并编制出元素周期表
D．原子论和分子学说的创立，奠定了近代化学的基础
【举一反三】
【变1-1】下列化学家与其做出的贡献对应一致的是（ ）
①道尔顿和阿伏加德罗等科学家创立原子论和分子学说，奠定了近代化学的基础；
②1869年，门捷列夫编制出元素周期表，使化学学习和研究变得有规律可循；
③拉瓦锡用定量的方法研究空气成分，而且通过实验发现质量守恒定律；
④张青莲主持测定了铟、铱、锑、铕、铈、铒、锗、锌、镝几种元素相对原子质量的新值；
A．②③④ B．①②④ C．①②③ D．①②③④
二、实验室测定空气中氧气含量的实验
1．原理
利用红磷在空气中燃烧，将瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷固体，使集气瓶内压强减少，在大气压作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。
2．实验装置
3．实验中的注意事项： （1）测定空气中氧气的体积分数时，所用物质应满足的条件： ①此物质能够在空气中燃烧，不能用铁丝代替红磷，铁丝在空气中不能燃烧。 ②此物质在空气中燃烧时只能消耗氧气，不能消耗其他气体。不能选用镁代替红磷，因为镁不仅与空气中的氧气反应，还和二氧化碳、氮气反应。 ③此物质在空气中燃烧时只能生成固体，而不能生成气体，一般不用木炭、硫代替红磷；若生成的气体能完全溶于集气瓶内的液体中也可以。 （2）实验失败与成功的原因： ①装置不漏气是本实验成功的关键，所以实验前应检查装置的气密性。如果气密性不好，外界空气会进入容器，使测定结果低于1/5。 ②实验中红磷要过量，以消耗容器内全部氧气，否则会使测定结果低于1/5。 ③实验完毕，待容器冷却至室温后，再打开止水夹，观察进水的体积，避免因温度高，气体膨胀，使测定结果低于1/5。
【典例精析】空气中氧气含量的测定实验
【典例1】在利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验中，用传感器记录集气瓶中温度、压强随时间变化的情况如图所示。其中c点打开了止水夹。下列说法不合理的是（ ）
A．由温度变化曲线可知，整个反应过程放出热量
B．b点压强最大，说明红磷燃烧结束
C．c点的温度已经接近室温
D．c点后压强增大是因为水倒吸入集气瓶中
【举一反三】
【变1-1】利用如图所示装置测定空气中氧气的含量（装置气密性良好）。下列操作不正确的是（ ）
A．实验前用弹簧夹夹紧胶皮管
B．将集气瓶内水面上方空间分为5等份
C．点燃红磷后，立即将燃烧匙伸入瓶中并塞紧胶塞
D．红磷熄灭后，立即打开弹簧夹，观察现象
【变1-2】如图装置常用来测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识正确的是
A．红磷燃烧产生大量白色烟雾 B．燃烧匙中的红磷可以换成蜡烛
C．该实验可说明氮气难溶于水 D．红磷的量不足不影响进入集气瓶中水的体积
三、空气的组成
在19世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来人们陆续发现了氮、氛、氩、氮、氙、氡气78%等稀有气体，才认识到空气中除了氧气和氮气外，还有其他成分。目前，人们已能用实验方法精确地测定空气的成分。
通过实验测定，空气的成分按体积计算，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%。
【典例精析】空气的组成
【典例1】人类离不开空气，空气中含量最多且化学性质不活泼的气体是（ ）
A．氧气 B．二氧化碳 C．氩气 D．氮气
【典例2】下列生活中的现象与氧气有关的是（ ）
A．冰变成水 B．霓虹灯五颜六色
C．酒精燃烧 D．酥脆饼干久置变软
【举一反三】
【变1-1】下列有关空气的说法错误的是（ ）
A．空气中各种成分的含量是相对稳定的
B．可以用红磷燃烧反应测定空气中Y的含量
C．X是氮气，按质量计算，在空气中约含有78%
D．占空气1%的气体Z是混合物
【变1-2】高压氧舱在临床上主要用于厌氧菌感染、CO中毒等疾病的治疗，氧舱内氧气的浓度比正常空气当中氧气的浓度更大，则高压氧舱中氧气的体积分数可能是（ ）
A．30% B．21% C．0.94% D．0.03%
四、混合物与纯净物
像空气这样由两种或多种物质混合而成的物质叫做混合物，组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，它们各自保持着原来的性质。
氮气、氧气、二氧化碳等分别只由一种物质组成，它们都是纯净物。纯净物可以用化学符号来表示，如氮气可以用N2来表示，氧气、二氧化碳可分别表示为O2、CO2等。上面实验中使用的红磷(P)和生成的五氧化二磷(P2O5)也是纯净物。
【典例精析】混合物与纯净物
【典例1】含“水”的下列物质，属于纯净物的是（ ）
A．冰水 B．汽水 C．雨水 D．盐水
【举一反三】
【变1-1】下列物质属于混合物的是（ ）
A．干冰 B．石灰水 C．冰水混合物 D．氧气
1.通过实验测定空气中氧气含量的科学家是（ ）
A．门捷列夫 B． 达尔文
C．拉瓦锡 D．牛顿
2.下面哪个气体是稀有气体
A．氦气 B．氮气 C．氯气 D．氧气
3.臭氧（O3）主要分布在距地面10~50km的高空，它能吸收大部分紫外线，保护地球生物。臭氧属于（ ）
A．纯净物 B．混合物 C．氧气 D．稀有气体
4.空气是地球上宝贵的自然资源，人类对空气的认识经历了漫长的研究和探索过程。完成下面小题。
（1）18世纪70年代，拉瓦锡通过定量实验证明了空气是混合物，其中约占空气体积的气体是（ ）
A．N2 B．O2 C．CO2 D．H2O
（2）随着科技的发展，空气中各成分的应用越来越广泛。下列用途主要利用物理性质的是
A．氮气——充氮包装 B．氧气——医疗急救
C．稀有气体——激光技术 D．二氧化碳——气体肥料
（ ）如图是测定空气中氧气含量的改进实验装置（夹持装置已省略），对该实验认识正确的是（ ）
A．现象：实验过程中，红磷燃烧，产生大量白雾
B．推论：实验后，玻璃管中剩余气体具有可燃性
C．分析：红磷的量多或少，都不会影响实验结果
D．评价：用改进装置实验，能减少对空气的污染
5.用如图甲所示装置测定空气中氧气含量，借助数字传感器对密闭装置内的压强、温度、氧气浓度进行实时监测，得到了它们随时间的变化曲线如图乙，下列分析正确的是
A．X曲线代表氧气浓度，Y曲线代表温度
B．C点压强最高，表明红磷完全反应
C．实验结束后，X、Y曲线代表的量都会恢复到原状态
D．DE段压强迅速回升，此时可观察到烧杯中的水倒流入集气瓶
6.拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量、如下图所示，下列判断正确的是（ ）
A．a点时容器内氮气体积分数为85%
B．由图可知，物质燃烧结束时氧气浓度为0
C．此实验测得空气中氧气的质量分数为18%
D．密闭容器内水的作用是降温、吸收有害的五氧化二磷
7.已知空气的主要成分是氮气和氧气，某课外活动小组设计测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图所示：
（1）A实验中红磷燃烧的文字表达式为______，实验说明氧气的体积约占空气体积的______，该实验成功的关键是______（填序号）。
①装置气密性好 ②红磷过量或足量
③冷却到室温后才打开止水夹 ④要选用教室内的空气
（2）某兴趣小组将A实验改进为如图2所示，改进实验后的优点是______。
8.200多年前，法国一位科学家用下图所示装置研究了空气的组成。他把少量汞放在密闭的容器中连续加热十二天之久，得到了红色的氧化汞粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了五分之一、请回答下列问题。
(1)这位科学家的名字是_______，他是从_______(填“定性”或“定量”)的角度研究空气的组成。
(2)写出汞与氧气反应的文字表达式_______，基本反应类型为_______
(3)请根据所得信息，写出本实验使用汞的一个优点：_______
(4)通过实验，这位科学家得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论。请根据现在的认识，对此结论予以补充。_______