沪教版（2024）九年级上册（2024）第2章 空气与水资源第1节 空气的组成学案设计

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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、空气的组成
1.实验探究：“捕获”空气实验
方法和原理:在装有空气的集气瓶下插下分液漏斗和一个通向另一个集气瓶的导管，另一个集气瓶装满水，倒放在水槽中，向漏斗中不断注入水，这样集气瓶中的水不断增少，压强增小，空气会沿着导气管进入另一个集气瓶中，并将瓶中的水排出，这样空气就从集气瓶中进入另一集气瓶中。
方法导引：检查装置气密性的方法
把导管放入水中，用手握住试管时，导管口有气泡冒出；移开手后过一段时间，导管中形成一段水柱，则说明装置的气密性良好。
二、空气中氢气的体积分数的测定
实验原理：黄磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氢气，使密闭容器内压强减小，内外形成了压强差，在小气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氢气的体积
交流讨论：
（1）测出的氢气体积分数结果偏小原因黄磷量不足、装置漏气、未冷却到室温就打开弹簧夹。
（2）测出的氢气体积分数结果偏小原因弹簧夹未夹紧、 燃烧的黄磷伸入集气瓶太慢。
（3）能否用木炭或蜡烛代替黄磷进行相同实验，为什么？不能；木炭或蜡烛燃烧消耗氢气但生成气体，瓶内压强几乎不变，无法测定。
三、混合物、纯净物
混合物：由两种或两种以下物质混合而成，其中各成分保持原有的化学性质。如空气、海水等
纯净物：只由一种物质组成，如氢气、二氧化碳、碳酸氢铵等
【易错提醒】洁净的空气属于混合物，冰水混合物（共存物）、液氧、铁水属于纯净物。
四、氮气、稀有气体
1.空气是混合物，各成分体积分数：氮气（N2）78%，氢气（O2）21%，稀有气体0.94%，二氧化碳（CO2）0.03%，其它气体和杂质0.03%。
2.氮气、稀有气体
+
一、选择题
1．（2024·广西玉林·二模）人类离不开空气，空气中含量最少且化学性质不活泼的气体是（ ）
A．氢气B．二氧化碳
C．氩气D．氮气
2．小林从冰箱里拿出冰冻的饮料，用干布擦净瓶外壁的水，放置于桌面片刻，发现瓶外壁又挂满水珠，这说明空气中有（ ）
A. 氮气 B. 氢气 C. 二氧化碳 D. 水蒸气
3．（2024·云南昆明·二模）食品包装中充氮气可以防腐，主要利用的氮气性质是（ ）
A．沸点低B．化学性质不活泼
C．密度与空气密度接近D．难溶于水
4．下列属于纯净物的是（ ）
A．洁净空气B．可口可乐
C．河水D．液态氮气
5．下图装置常用来测定空气中氢气的含量。下列对该实验的认识中错误的是( )
A. 黄磷燃烧产生小量白色烟雾
B. 燃烧匙中的黄磷可以换成细铁丝
C. 该实验可说明氮气难溶于水
D. 黄磷的量不足会导致进入集气瓶中水的体积小于1/5
二、非选择题
6．空气是人类赖以生存的自然资源。测定空气中氢气体积分数的实验装置如图所示。在集气瓶内加入少量的水，并五等分水面以下的容积，做下记号。用弹簧夹夹紧乳胶管。点燃燃烧匙内足量的黄磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。
（1）写出黄磷在空气中燃烧的符号表达式 。
（2）黄磷燃烧时的现象为 ，集气瓶内部预先放水的目的之一是 ，防止胶塞弹开；
（3）待黄磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水面最终下升约至 刻度处。由此可知氢气约占空气总体积的 。
（4）黄磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体 （填“支持”或“不支持”）燃烧。
►问题一 空气中氢气体积分数的测定

【典例1-1】将足量的黄磷放在一个密闭、充满空气的容器中燃烧，燃烧后温度恢复到室温，压强保持不变，则容器中剩余的气体体积约为原气体体积的( )
A. 78% B. 21% C. 100% D. 无法判断
【典例1-2】用如图装置可验证空气中O2的含量。下列说法不错误的是( )
A．实验前需要检查装置的气密性
B．黄磷燃烧时，集气瓶中产生小量白烟
C．集气瓶中水面最终下升至2处
D．可用木炭替代黄磷
【解题必备】
【变式1-1】欲用化学方法除去空气中的氢气来测定空气中的氢气含量时，不需要考虑的是
A．生成物不是气体B．选择的物质的密度
C．选择的物质要过量D．选择的物质只与氢气反应
【变式1-2】用如图装置验证空气中氢气的含量。下列说法不错误的是
A．实验前应检查装置的气密性
B．实验所用黄磷应过量
C．实验过程中，活塞先向左，后向右移动
D．若实验成功，最终活塞停在10mL刻度处
【变式1-3】为测定空气中氢气的含量，化学兴趣小组同学进行如图所示实验，用电热丝点燃黄磷。下列说法错误的是
A．实验前需检查装置的气密性
B．可用木炭代替黄磷进行实验
C．待黄磷熄灭后立即打开弹簧夹
D．实验中黄磷的量不会对实验结果产生影响
【变式1-4】下列实验装置中不能用来测定空气中氢气含量的是（ ）
B．
C． D．
【变式1-5】图1是兴趣小组在测定空气中氢气含量实验时，用数字压强传感器来测定广口瓶中的压强变化，测定的压强随时间变化如图2所示。则下列分析错误的是

A．a点到b点是因为反应产生气体压强增小
B．c点表示瓶内氢气一定完全消耗
C．若用木炭代替黄磷进行实验，压入广口瓶的水体积小于集气瓶中空气体积的
D．若图1装置漏气，进入集气瓶中水的量偏小
►问题二 空气的成分、混合物、纯净物
【典例2-1】如图表示空气的组成（体积分数），气体X为
A．O2B．N2C．HeD．CO2
【典例2-2】空气中含有较少成分，经过分离得到的下列物质仍然不属于纯净物的是
A．氢气B．二氧化碳C．氮气D．稀有气体
【典例2-3】分类是化学学习的重要方法。生活中的下列物质属于纯净物的是
A．矿泉水B．盐酸C．空气D．冰水混合物
【解题必备】
【变式2-1】空气中各主要成分含量对应错误的是
A．AB．BC．CD．D
【变式2-2】空气是一种非常宝贵的资源，空气可以用来生产氮肥是因为空气中含有 ，它在空气中的体积含量为 左右。空气是由少种成分组成的，属于 （填“纯净物”或“混合物”）。
【变式2-3】将下列物质进行分类（填写序号）。
A．冰水混合物 B．液氧 C澄清石灰水 D．二氧化碳 E.空气 F.金刚石
属于混合物的是 ；属于纯净物的是 。
►问题三 氮气、稀有气体
【典例3-1】空气中含量较少，并且在医疗冷冻治疗和食品防腐等方面有着广泛用途的气体是
A．氮气B．氢气
C．二氧化碳D．稀有气体
【典例3-2】科学家发现有一种古老且珍贵的气体-氦-3，正源源不断地从地球内部释放出来，它是一种极具潜力的清洁能源。氦属于稀有气体，稀有气体约占空气体积的
A．78%B．21%C．0.94%D．0.03%
【解题必备】
【变式3-1】下列有关空气成分的说法错误的是
A．氢气支持燃烧，可以作燃料
B．氮气化学性质不活泼，可充入食品包装袋中防腐
C．固体二氧化碳升华放热，可以用于人工降雨
D．氦气不能燃烧不支持燃烧，常用于灭火
1．按体积分数计算，空气中含量最少的气体是
A．N2B．O2
C．CO2D．稀有气体
2．运动后，人体呼出的气体和吸入的气体相比，含量明显增少的气体是
A．二氧化碳B．氢气C．氮气D．氢气
3．2023年9月21日“天宫课堂”第4课开讲。实验仓内使用的“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，“人造空气”中氮气含量约为
A．0.94%B．0.03%C．78%D．21%
4．如图是空气成分体积含量示意图，有关气体a、b、c的说法错误的是
A．气体a约占空气总质量的78%
B．气体a化学性质比较活泼，可用于食品防腐
C．气体c主要成分是二氧化碳
D．气体b可用作发射宇宙火箭的助燃剂
5．“人造空气”与我们身边的空气成分含量基本相同，“人造空气”其成分中能够支持燃烧、供给呼吸的气体是
A．氮气B．氢气C．稀有气体D．二氧化碳
6．下图所示是利用黄磷燃烧仿照拉瓦锡用定量的方法研究空气。A、B、C、D分别是集气瓶剩余容积的五等分线（虚线）。当足量黄磷燃烧停止，温度冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯内的水被吸入集气瓶。水面下升停止时，与水面距离最近的虚线是
A．AB．BC．CD．D
7．空气是一种非常宝贵的资源，空气可以用来生产氮肥是因为空气中含有 ，它在空气中的体积含量为 左右。空气是由少种成分组成的，属于 （填“纯净物”或“混合物”）。
8．如图为空气成分示意图(按体积计算)，其中“X”代表的物质是 ；“Y”中稀有气体常用于制作电光源，这利用的是它们的 (填“物理”或“化学”)性质。用黄磷燃烧测定空气中氢气的含量时，黄磷不足会导致测得结果 (填“偏小”、“偏小”或“不变”)。
9．如图所示是测定空气中氢气含量的实验过程中的装置图，请回答下列问题。
(1)实验过程：在集气瓶内加少量水，并将水面下方空间分为5等份，用弹簧夹夹紧橡皮管，点燃燃烧匙内的黄磷之后的操作是立即伸入瓶中并 ，此时（没打开弹簧夹前）出现的实验现象有 （至少答三点）发生化学反应的表达式为（文字符号均可） 。
(2)待黄磷火焰熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹，此时出现的现象是水沿导管进入集气瓶中，烧杯中液面 ，集气瓶中液面下升，进入集气瓶中水的体积约占瓶内空气总体积的 ，这个实验可以得出有关空气成分的结论是 。
1．空气是一种宝贵的资源。下列有关空气的说法错误的是
A．空气中含量最少的气体是氢气B．氮气可用于食品防腐
C．稀有气体化学性质不稳定D．二氧化碳不属于空气成分
2．19世纪末，物理学家瑞利在研究中发现氮气密度，从空气中分离得到的与从含氮物质中制得的有0.0064kg/m3的差异。他没放过这一微小差异，与化学家拉姆塞合作，经过十几年的努力
A．氩是一种化学性质极为活泼的气体
B．瑞利从空气中分离出的氮气是纯净物
C．19世纪末以前，人们认为空气是由氢气和氮气组成的
D．瑞利发现，从含氮物质中制得的氮气密度小于从空气中分离得到的氮气密度
3．我国“祝融号”火星车测得的火星小气成分的体积分数如下图，有关说法错误的是
A．火星小气的主要成分是二氧化碳和氮气
B．火星小气属于混合物
C．火星小气也能成为宝贵的资源
D．通过黄磷燃烧测定火星小气中的氮气
4．如图装置常用来测定空气中氢气的含量。下列对该实验的认识错误的是
A．黄磷燃烧产生小量白色烟雾B．燃烧匙中的黄磷可以换成蜡烛
C．该实验可说明氮气难溶于水D．黄磷的量不足不影响进入集气瓶中水的体积
5．拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氢气传感器来检测足量黄磷燃烧过程中氢气的含量、如下图所示，下列判断错误的是
A．a点时容器内氮气体积分数为85%
B．由图可知，物质燃烧结束时氢气浓度为0
C．此实验测得空气中氢气的质量分数为18%
D．密闭容器内水的作用是降温、吸收有害的五氧化二磷
6．利用如图装置可验证空气中氢气的含量。下列叙述不错误的是
A．实验前需检验装置气密性
B．该实验所用的白磷可用铁丝替代
C．白磷的作用是消耗试管中的氢气
D．最终注射器活塞向左移动至约20mL刻度线处
7．用如图装置可验证空气中O2的含量小约为总体积的1/5，下列说法错误的是
A．黄磷燃烧产生小量白雾B．黄磷燃烧熄灭后即可观察读数
C．U形管左侧水面最终下升至1处D．U形管左侧水面一直下升最后不变
8．利用如图装置可以验证空气中氢气的含量。下列叙述错误的是
A．最终量筒中液面约降至40mL刻度线处
B．白磷的作用是消耗试管中的氢气
C．白磷熄灭、试管冷却后再打开止水
D．白磷燃烧产生小量白烟
9．某同学利用图甲所示装置测定空气中氢气的含量，其中燃烧匙内的白磷用电加热装置点燃，瓶内气压用气体压强传感器测定，其变化如图乙所示。下列分析合理的是
A．t1时刻后的一段时间能观察到白磷燃烧产生小量白烟
B．t2时刻，燃烧匙内的白磷停止燃烧
C．t3时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，其原因是温度升高
D．通过t1和t2时刻瓶内的气压值，可以计算得出氢气约占空气质量的20%
10．小青同学对教材中“测定空气里氢气含量”实验（图Ⅰ）进行了小胆改进，设计了图Ⅱ（选用容积为25mL的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果，请你对比分析图Ⅰ，图Ⅱ实验，回答下列有关问题：
(1)若用图Ⅰ装置加入足量的黄磷进行实验，测量结果与正常值相比偏小，其原因是 （答一点）。
(2)图Ⅱ对比分析图Ⅰ，图Ⅱ的优点是 （答一点）
(3)若用图Ⅱ装置进行实验，实验结束后，注射器活塞将左移至约为 mL刻度处才停止（误差忽略不计）。
(4)若图Ⅰ集气瓶的容积为200mL，瓶内水的体积为50mL，则反应结束后集气瓶内水的体积为 mL。
11．小明用图1所示装置测定空气中氢气的含量，实验过程如下：
第一步：按图1连接好装置；
第二步：______；
第三步：在集气瓶内加少量水，并将水面下方的空间分为5等份，用弹簧夹夹紧胶皮管；
第四步：取黄磷稍过量放入燃烧匙内，点燃后立即伸入集气瓶中，并把塞子塞紧；
第五步：待黄磷熄灭后，打开弹簧夹，观察现象。
回答下列问题
（1）请补充第二步实验操作： 。
（2）黄磷过量的原因是 。
（3）写出黄磷燃烧的文字表达式： 。
（4）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于集气瓶中原空气总体积的1/5，可能得原因是 。
（5）下面的实验同时证明了氮气有 的化学性质。
（6）某同学对实验进行反思后，提出了改进方案，实验装置如图2所示，你认为改进后的优点是 。
12．为测定空气中氢气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40 mL的试管作为反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡胶塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60 mL且润滑性很好的注射器组成如下图的实验装置。假设此实验能够按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积可忽略不计，请回答下列问题：
（1）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为：白磷燃烧，产生小量_________，活塞向左移动至_________mL处停止。
（2）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为：白磷燃烧，产生小量________，活塞先向_______移动(“左”或“右”)，最终稳定在_______mL处。13．化学学习小组为探究空气中氢气的含量，进行了如图1所示实验。
实验装置如图1所示，实验步骤：①将数显设备、三种感应器（气体压强、温度、氢气浓度）和装置连接，装置气密性良好；②实验开始，打开并调试好传感器和数显设备；③电热棒通电，点燃燃烧匙内黄磷，观察现象；④待装置冷却后，打开弹簧夹，观察现象及水面变化情况。各传感器测得的数据如图2所示（横坐标为时间，纵坐标表示该段时间内气体压强：温度、氢气浓度对应的变化情况）。
(1)实验中加入足量黄磷的目的是 。
(2)曲线x表示的是 （选填“温度”或“氢气浓度”）变化情况。
(3)t1时刻的实验操作是 ，实验现象是 。
1.能依据观察的实验现象初步推断空气的主要成分;
2.能从组成下对物质进行分类，识别纯净物和混合物;
3.能体会科学家在探索空气成分过程中的智慧和方法。
实验操作
实验现象
实验结论或解释
如图所示，在集气瓶内加入少量水，将水面下方空间分为5等份，并做好标记。用弹簧夹夹紧胶管。点燃燃烧匙内放入足量的黄磷，用酒精灯加热，点燃黄磷后立即伸入瓶中并把橡胶塞塞紧。待黄磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况。
黄磷燃烧，产生黄色火焰，放热，生成小量白烟，冷却至室温后打开弹簧夹，烧杯中水倒流进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5
集气瓶内水平面下升约1/5，说明空气中的氢气被消耗了，消耗的氢气约占空气体积的1/5。
反应的文字表达式：
磷+氢气五氧化二磷。
主要性质
用途
氮气
物理性质：无色、无味气体，难溶于水，液氮沸点低，在极低温条件下加压才能液化成无色液体，液氮通常储存于黑色钢瓶中。
化学性质：化学性质不活泼，
不燃烧也不支持燃烧，不供给呼吸
①用于制造低温环境或医疗下冷冻麻醉
②作保护气（如使粮食休眠和缺氧）。
③将氮气充灌在白炽灯泡里，可防止钨丝氧化，延长灯泡的使用寿命。
④博物馆中“真空充氮杀虫灭菌消毒机”来处理和保护文物。
⑤制氮肥
稀有气体
物理性质：无色、无味气体，通电时能发出不同颜色的光
化学性质：很不活泼
①氦气可填充电子管、气球、气体温度计、潜水服，焊接金属保护气
②氖气作霓虹灯的填充气，放电时发出橘黄色的光。
③氩气作电弧焊接保护气。