人教版初三化学(上)第4讲：空气(教师版)

1. 了解空气成分的探究实验，掌握空气的主要成分和组成，掌握纯净物和混合物的概念。 2. 了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途。

一、空气是由什么组成的

资料：空气是无色无味的气体，所以人们对空气的认识比较晚，17世纪以前人们一直认为空气是一种单一成分的物质，１８世纪才认识到空气的复杂性．为了搞清楚空气的成分，很多科学家致力于这方面的研究，如瑞典化学家舍勒和英国化学家普里斯特里．其中最有名的就是法国化学家拉瓦锡做的实验。

1.法国化学家拉瓦锡的贡献------通过实验得出空气由氧气和氮气组成 （定量实验）

实验方法\\仪器：曲颈甑（盛空气）中加热汞。\\汞槽、玻璃钟罩、曲颈甑 实验原理：汞+氧气→氧化汞（2Hg+O2=加热=2HgO） 氧化汞→汞+氧气（2HgO=加热=2Hg+O2↑）  实验步骤：少量汞放在密闭的容器里连续加热12天 实验现象： ①银白色的液态汞变成红色粉末（氧化汞）

②容器内里空气体积减少约1/5（氧气）；剩余气

体约4/5（氮气）

 实验步骤：把汞表面生成的红色粉末收集起来，将红色

粉末放在一个较小的容器中加强热。

实验现象：①红色粉末逐渐变成银白色的液态物质。 ②得到的气体体积恰好等于容器里所减小的体积 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

分析：【汞和氧气的反应是加热，而非加强热。加热是提高二者的能量，增加二者分子间的碰撞次数，从而使二者的反应更易进行。但若对生成的氧化汞再加强热，则会促使其分解为汞和氧气。加热和加强热的不同，是反应条件的不同，所以可以说这两个反应是进行。】

注释：（1）汞槽：钟罩内银白色汞液面上升的现象比无色透明的水液面上升现象更明显 水槽：水槽代替汞槽。汞易挥发，在实验室用汞会产生污染，同时汞的毒性较大，

用水代替也可观察到钟罩内液面上升。

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（2）选择汞做实验的原因：汞只与空气中的氧气反应，并且生成物为固体；常温下汞为液

体，容易放入反应装置中。

2.空气中氧气含量的测定

实验原理：（压强差）根据某物质只与空气中氧气反应且生成固体，从而使密闭容器内的气体体积减小，压强变小，在外界大气压的作用下使密闭容器内的水面上升来测量的。

（1）药品：红磷（暗红色固体） （2）原理： 4P + 5O2

2P2O5 [五氧化二磷：白色固体]

（3）步骤：①连接装置并检查装置的气密性②集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份③弹簧夹夹紧胶皮管，点燃燃烧匙内的红磷，迅速伸入集气瓶内，立即塞进橡胶塞④待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹

（3）现象：①红磷在集气瓶内燃烧，放出热量，产生大量白烟②打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5处

【红磷燃烧时：黄色火焰、大量白烟； 打开止水夹后：水倒吸入集气瓶至1/5处】

（4）结论：红磷燃烧消耗氧气，氧气约占空气总体积的1/5。

（5）推论：空气中剩余的约4/5体积的气体为氮气，其不燃烧、不支持燃烧、难溶于水。 （6）实验成功的关键：①装置不能漏气；

②集气瓶中加少量水（防止高温熔融物使瓶底炸裂） ③红磷应过量（充分消耗掉密闭容器中的氧气） ④点燃红磷后要立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子 ⑤待红磷冷却后，打开弹簧夹

⑥红磷燃烧的位置要稍微靠下一点（充分消耗掉密闭容器中的氧气）

（7）在实验中如果进入水的体积小于集气瓶总体积的1/5，会有什么原因呢？大于1/5的原因? 答：小于1/5 （可以假设理解为：未消耗完O2）

① 红磷熄灭后未冷却到室温；（集气瓶内的气体还处于受热膨胀状态，压强变化不明显）

②装置漏气（装置的气密性不良）（外部的空气进入集气瓶内，补充掉消耗的氧气） ③红磷的量不足；（集气瓶内的氧气未被完全消耗掉） ④有部分水留在导管中未进入集气瓶

⑤燃烧一定程度时，瓶内氧气含量小，红磷不能继续燃烧。

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大于1/5 （可以假设理解为：O2完全消耗完，其他气体也损耗一部分）

①红磷燃烧前，止水夹没有夹紧；（未夹紧时，会使部分空气受热膨胀从导管逸出） ②红磷伸入集气瓶后没有迅速盖紧瓶塞；（同上，气体从集气瓶口逸出）

（8）实验解读：①集气瓶内加入少量水的目的：防止热的生成物溅落而炸裂瓶底；吸收生成的白烟

五氧化二磷；吸收热量，有助于装置冷却。

②燃烧匙内剩余的红磷不再燃烧，集气瓶水面上升到一定高度后，就不能继续上升，

说明氮气不能燃烧也不支持燃烧且难溶于水。

实验成功口诀：导管注水要提前，红磷足量是关键；

保证装置不漏气，冷却室温后读数

一、 红磷燃烧测定氧气含量的改进实验图（装置改变，实验原理是一致的）

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提示：

（白磷一般会在40℃左右燃烧，红磷在240℃左右才可以燃烧；） （白磷有剧毒，红磷几乎无毒）

（1） 实验改进原因：一是有利于减小误差，使测定结果更准确；

二是使实验装置更简单，操作更方便； 三是力求环保

（2） 测定空气中O2含量时，除了红磷外，还可以用白磷代替；但是不能用木炭、硫粉、铁丝等代

替红磷。因为木炭、硫粉燃烧生成物是CO2、SO2，生成物是气体，生成气体的体积会弥补消耗O2的体积，故不可使用。铁丝在空气中只能发生红热现象，不能燃烧，故也不可用来代替红磷。

综上，选择代替的物质时要具备两个条件：

① 该物质在空气中可以和氧气发生反应，且仅且和氧气发生反应； ② 该物质燃烧后生成的物质为固体

3.空气的组成 （体积分数） 空气成分 体积分数 氮气（N2） 78% 氧气（O2） 21% 稀有气体 二氧化碳（CO2） 0.94% 0.03% 其他气体和杂质 0.03% ① 空气不是一种单一的物质，是一种混合气体。

② 空气的成分以N2和O2为主，该成分是体积分数，不是质量分数，可以理解为每100体积的空气

中约有N278体积。

③ 空气中的O2、N2、稀有气体的体积含量是相对固定的（主要原因是自然界的各种变化相互补偿的

结果），其他成分随地区可能略有不同。（空气的可变成分是CO2和H2O（g）；因地区而异。比如工厂附近的空气里就会因生产项目的不同，而分别含有NH3、酸蒸气等）

二、 空气是一种宝贵的资源：

###空气密度约为1.29Kg/m³

（空气是人类和动植物的生命支柱，同时也是重要的自然资源） 1.氧气的用途：

（1）供给呼吸：可用于医疗急救（纯氧）；潜水、登山、航天等（海拔高，气压低，空气稀薄） （2）支持燃烧：可用于气焊、炼钢等；气割、化工。 2.氮气的性质和用途

物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，熔沸点低，密度比空气略小，密度：1.251g/L。 化学性质：不能燃烧不能支持燃烧（不活泼）

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用途：①生产和氮肥的重要原料用作保护气（不活泼）——可在食品包装中充氮防腐；灯

泡中充氮延长寿命；

②焊接金属时做保护气（氩气作金属保护气较多，氮气较少，防止金属与氧气高温氧化） ③液氮用于制造低温环境——液氮冷冻麻醉条件下做手术 ④氮气用于磁悬浮列车 3.稀有气体（惰性气体）的性质和用途

用途：（1）稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。

（2）稀有气体无色、无味，化学性质很不活泼 （3）用途：①用作保护气；

②制成多种用途的电光源（稀有气体在通电时发出不同颜色的光）——航标灯，强照明灯，闪光灯，霓虹灯） ③电光源激光技术（激光技术）

④低温麻醉。氦用于制造低温环境，疝可用于医疗麻醉。

三、空气的污染及防治：

1.对空气造成污染的主要是有害气体（CO、SO2、氮的氧化物）和烟尘等。目前计入空气污染指数的项目为CO、SO2、NO2、O3和可吸入颗粒物等。 主要污染物：（1）可吸入颗粒：粉尘

（2）有害气体：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等 污染源：化石燃料的燃烧；工业废气；汽车尾气。 2.空气污染的危害、保护：

危害：严重损害人体健康,影响作物生长,破坏生态平衡。全球气候变暖,臭氧层破坏和酸雨等 。 保护：加强大气质量监测，改善环境状况，使用清洁能源，工厂的废气经处理过后才能排放，积极植树、造林、种草等。

3.目前环境污染问题:

空气污染引起的三大环境问题：

（1）温室效应（大气中CO2含量过高）：造成全球气候变暖、海平面上升、陆地面积减小等 （2）酸雨（大气中SO2等气体过多，导致雨水酸性增强）：造成建筑物的腐蚀损坏、土壤酸化等 （3）臭氧空洞（氟利昂-冰箱的制冷剂；飞机尾气引起O3的消耗）：使紫外线穿透大气层，危害

人体健康

注：CO2不属于空气污染物。CO2无毒，暂不列为空气污染物。

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四、空气质量日报

空气质量预报主要内容包括：首要污染物、空气污染指数和空气质量级别、空气质量状况。 （1）空气污染指数(Air pollution Index，简称API)就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的数值形式，并分级表示空气污染程度和空气质量状况。目前计入空气污染指数的项目暂定为：CO、SO2、NO2、O3和可吸入颗粒物（PM10，粒径在10微米以下的颗粒物）

（2）PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称可入肺颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒，有害物质且在大气中停留时间长，输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

五、纯净物和混合物

1.纯净物：只由一种物质组成。如：N2、O2、CO2、P、P2O5、H2O

2.混合物：由多种物质（两种或两种以上的物质）组成。如：空气、海水、河水、矿泉水等 注意：（1）纯净物可以用专门的化学符号来表示。如氮气、氧气、二氧化碳可分别表示为N2、 O2、CO2等。（2）混合物中各物质各自保持着各自的性质。例如：空气中的氮气、氧气、二氧化碳等都保持着各自的性质。

3.纯净物和混合物的比较

纯净物和混合物的区别和联系 宏观区别 微观区别 性质、特征 实 例 所含元素 纯净物 由一种物质组成 由同种分子构成（由分子构成的物质） 具有固定的组成，有相应固定的性质 水、氧气、红磷、氯酸钾 混合物 由两种或两种以上物质混合而成 由不同种分子构成（由分子构成的物质） 没有固定的组成，各种成分保持各自的性质 空气、海水、各种天然的矿石 含一种元素，如O2，N2等（单质） 含多种元素，如合金 含多种元素，如KClO3,KMnO4等含一种元素，多种单质如O2和O3；（化合物） 白磷和红磷的混合物 简单混合 纯净物 混合物 分离提纯 联 系 注意：

（1）不能只根据“纯净”或“混合”等表面字眼来判断物质的种类，而应看组成物质的种类是否单一。如“冰水混合物”其实不是混合物而是纯净物，因为冰和水都是由水一种物质组成的；而“纯净的空气”则是混合物，而不是纯净物，因空气中含有多种气体，属于混合物。“新鲜的牛奶”富含蛋白质，水等多种物质，属于混合物。

（2）研究物质的性质应该用纯净物。纯净物是相对而言的，绝对纯净的物质是没有的，通常说的纯净物是含杂质较少，纯度相对较高的物质。

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