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空气与氧气
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教学内容
1、 空气的主要组成及验证氧气在空气中含量的实验；认识纯净物与混合物及其区别；
2、 氧气、氮气、稀有气体的性质及用途；保护空气；
3、 氧气的化学性质，化学变化与物理变化的区别，化合反应与氧化反应的联系与区别。
教学目标
（1）了解空气的主要成分，了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途；
（2）初步认识纯净物、混合物的概念，能区分一些常见的纯净物和混合物；
（3）通过氧气能与许多物质发生反应认识氧气的化学性质比较活泼；
（4）理解什么是化学变化及其本质特征，能够区分化合反应、氧化反应。
重点难点
重点：空气的组成、各成分的用途，认识空气的污染的危害；氧气的化学性质及什么叫化学变化，化学变化与物理变化的区别；
难点：测定空气中氧气含量的实验原理、装置及产生误差的原因；化合反应与氧化反应的关系。
本节课效果评估参考办法
课程主体部分
一、知识网络：
新课引入
空气是一种“看不到摸不着”的天然物质，它跟我们的生活关系最密切，你能用一个简单的实验或实例来说明无色无味不易察觉的空气确实存在吗？（堵住注射器的末端后推动活塞很难推动，可以证明空气的存在。）空气是由一种物质组成还是由多种物质组成的呢？科学家们经过漫长岁月的研究，终于揭开了组成“空气王国成员”的奥秘。今天我们就来学习有关空气的知识。
（一） 、空气的组成
两百多年前法国化学家拉瓦锡就用定量的方法研究了空气的成分。
【拉瓦锡实验】（简述拉瓦锡实验的过程、装置仪器和实验意义）
拉瓦锡的结论是：空气是由氧气和氮气组成的，其中氧气约占总体积的1/5。
在19世纪以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来才陆续发现了氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体，才
认识到空气中除了氧气和氮气外，还有其他成分。目前，人们异能用精确的实验方法测定空气的成分。
空气的成分按体积计算，大约是：
空气成分
氮气
氧气
稀有气体
二氧化碳
其他气体和杂质
体积分数
78%
21%
0.94%
0.03%
0.03%
（二）、【实验1】：测定空气里氧气含量（用分组控制个多变量测量一个不同变量的方法进行实验，收集证据）。
在探究空气中氧气的含量测定实验中，要注意引导学生观察实验现象，体会从实验现象导出结论的思维过程（如图1）。
实验中可以观察到，红磷燃烧，产生大量的白烟，放出大量热；打开弹簧夹后，烧杯中的水沿导气管进入集气瓶中，至约占集气瓶内空间的1/5。
实验时，燃烧匙里要盛入过量的红磷，红磷过量，足以使钟罩中密封的氧气反应完，使测得氧气的体积更接近空气中氧气的实际体积。这个实验还可推论出氮气不能支持燃烧；集气瓶内水面上升一定高度后，不能继续上升，可以说明氮气不易溶于水。
红磷燃烧后生成固体五氧化二磷，使集气瓶中空气的压强变小，小于外界大气压。在外界大气压的作用下，烧杯中的水进入集气瓶。
该实验要求：①红磷必须过量。若红磷量不足，则不能将密闭容器内空气中的氧气反应掉，导致测得的结果偏小。②实验装置的密闭性要好。若密闭性不好，则外界的空气会进入密闭容器内，导致测定结果偏小。③不能用硫、木炭、铁丝等代替红磷。因为硫或木炭燃烧后产生的气体弥补反应所消耗的氧气体积，导致测得氧气的体积会有误差，而细铁丝在空气中难以燃烧，氧气的体积几乎不会变化，因此，密闭容器内的水面不会上升。
结论：通过实验得出的结论是氧气约占空气总体积的1/5；氮气难溶于水，氮气的化学性质不活泼。
而在这个实验中，为什么有时气体减少的体积小于1/5呢？导致结果偏低的原因可能有：
（1）红磷的量不足；
（2）瓶内氧气没有耗尽；
（3）装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；
（4）未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少。
该实验中有时气体减少的体积大于1/5，又是为什么呢？原因可能是：
（1）点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞子塞得太慢，使得瓶中空气受热膨胀，部分空气溢出。
（2）实验开始时，没有夹或没夹紧止水夹。针对此实验可以展开如下拓展。
例题1. 为粗略测量空气中O2与N2的体积比，某学生设计了下图所示的实验装置进行实验。实验时，先关闭弹簧夹a，将螺旋状的铜丝在酒精灯的灼烧后迅速插入大试管，接触试管底部的过量的白磷，然后立即塞紧橡皮塞。由于白磷的着火点比红磷低得多，因此反应很容易发生，可观察到大试管中产生大量的白烟。试回答以下问题：
（1）试写出文字表达式：
（2）待试管冷却后打开弹簧夹，此时可观察到的现象为 ， 据此可证实空气中O2与N2的体积比大约为 。
（3）如果装置气密性不好，则测出的O2与N2的体积比将 。（填“偏大”、“偏小”、或“不变”）。
（三）、纯净物与混合物
1、纯净物是由一种物质组成的。
2、混合物是由两种或多种物质混合而成的
讨论：冰水共存体属于混合物，还是纯净物？
冰水共存体虽然是冰和水混合在一起，但是它们都属于同一种物质，属于纯净物
例2下列物质中，属于纯净物的是（ ）
A．蒸馏水 B．雪碧饮料 C．河水 D．新鲜空气
总结：（1）混合物只是简单的将多种物质混合在一起，各成分物质本身并没有发生变化，所以他们各自保持着各自的性质。如：空气中的氮气、氧气、二氧化碳都保持着各自的性质。
（2）纯净物可以用专门的化学符号表示。
如：氮气（N2）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）、红磷（P）、五氧化二磷（P2O5）。
（四）、空气是一种宝贵的资源
1、氮气的性质和用途
【讨论】在测定空气中氧气含量的实验中，集气瓶内剩下的气体为氮气，则：
（1） 燃烧着的红磷熄灭，这一现象说明什么？
（2） 集气瓶内水面上升一定到高度，还能继续上升吗?这一现象又说明什么？
2、总结：（1）氮气的物理性质：
物理性质
颜色
状态
气味
是否易溶于水
氮气
无色
气体
无味
难溶于水
（2）氮气不支持燃烧，其性质不如氧气活泼。
3、氮气的用途：(1)制硝酸、化肥的重要原料。(2)作保护气。（3）液氮冷冻麻醉。（4）超导性。
（5）食品包装时充氮气以防腐。
例3下列有关氮气的用途中，错误的是（ ）
A．制氮肥 B．直接做燃料 C．做灯泡填充气 D．做瓜果保护气
4、稀有气体的性质和用途
稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称，由于这些气体在空气中含量比较少，所以叫做稀有气体。
稀有气体都是没有颜色、没有气味，性质不活泼的气体，曾被称做“惰性气体”。
稀有气体的用途有：（l）作为保护气：焊接金属时用来隔绝空气；灯泡中充稀有气体使灯泡耐用；（2）制成多种电光源，如航标灯、强照明灯、霓红灯等；（3）用于激光技术或医疗麻醉。
例4空气中的下列气体，可用于制霓虹灯的是（ ）
A．氮气 B．氧气 C．二氧化碳 D．稀有气体
5、氧气的性质及用途
用途：主要是供给呼吸（医疗急救、登山、潜水、航空）和支持燃烧（炼钢、气焊、化工生产、宇宙航行）。这些用途一般都是利用氧气易于跟其他物质起反应并放出热量的性质。
我们在情面讲到过物质具有物理性质和化学性质，其中物理性质大多数是我们可以直观看见的，而化学性质是我们需要化学实验才能总结出来的，所以我们在研究某一物质的时候通常是先探究它的物理性质，再探究它的化学性质。而对于我们今天要学习的氧气来说，也不例外。那么首先我们就来一起看一下氧气的物理性质。
【阅读展示】请同学们阅读课本P34图2-10的左边那个盛有氧气的集气瓶，再联系生活实际，观察总结氧气有哪些物理性质？
（1）氧气的物理性质：
①、通常状况下，氧气是一种无色无味的气体，密度（1.429g/L）比空气（1.293g/L）大，不易溶于水，室温下，1L水中只能溶解约30ml的氧气。101KPa时，熔点为-218℃，沸点为-183℃。
②、工业生产的氧气，一般加压贮存在钢瓶中。
那么氧气又有哪些化学性质呢？
【实验2】： 将带火星的木炭伸入到盛有氧气的集气瓶中 ，观察火星是否复燃。
实验现象：带火星的木条在氧气中能够复燃，并且剧烈燃烧，发出白光，放出热量，生成的无色气体能使澄清石灰水变浑浊。
实验结论：（1）氧气支持燃烧。
（2）碳 ＋ 氧气 点燃 二氧化碳
【扩展】氧气的检验：带火星的木条伸入瓶内，木条复燃。
氧气的验满：带火星的木条置于瓶口，木条复燃。
【实验3】:硫在空气中燃烧与在纯氧中燃烧。
实验现象：硫在空气中燃烧，发出淡蓝色的火焰，生成有刺激性气味的气体，并放出热量；
硫在纯氧中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体，并放出热量。
实验结论：硫+氧气者 点燃 二氧化硫
[注意事项]：集气瓶中装水的作用？
吸收生成的有害气体二氧化硫。
【实验4】：铁丝在氧气中燃烧
现象：铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体。
结论： 铁+氧气 点燃 四氧化三铁
[注意事项]：1、火柴起什么作用？
引燃
2、为何待火柴快燃尽时，才将铁丝伸入氧气中？
以免火柴燃烧消耗大量氧气而影响实验效果。
3、铁丝打磨光亮和盘成螺旋状的目的是什么？
打磨光亮的目的是将铁丝表面的氧化膜打磨掉，因为氧化膜会阻止铁丝与氧气反应；盘成螺旋状的目的是增大受热面积，减少热量散失。
4、 集气瓶装水或细沙的作用？
防止高温熔化物溅落下来炸裂瓶底。
【提问】通过以上几个实验，你能得出那些结论？
1、 可燃物在氧气中燃烧比在空气中燃烧要剧烈。
2、 某些在空气中不能燃烧的物质，在氧气中能燃烧，说明氧气的化学性质比较活泼。
3、 物质在空气中燃烧，实际是和氧气发生反应，由于空气中氧气含量较少，因此在空气中燃烧不如在氧气中剧烈，急物质燃烧的剧烈程度与氧气的浓度有关。
例5下列说法错误的是（ ）
A．红磷在空气中燃烧时，产生大量白烟
B．木炭在氧气中燃烧时，发出白光，生成黑色固体
C．铁丝在氧气中剧烈燃烧时，火星四射，生成黑色固体
D．硫粉在氧气中燃烧时，发出蓝紫色火焰，闻到刺激性气味
例6下列物质在盛有氧气的集气瓶中反应，集气瓶底要预先留少量水或铺一层细沙的是（ ）
A．木炭 B．红磷 C．铝箔 D．硫磺
2、从反应前物质的种类和反应后物质的种类角度分析，上述三个反应有什么共同特征？
（五）、化合反应及氧化反应
1、化合反应：由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应。
特点：“多变一” A+B→AB
2、他们都是物质与氧发生的反应，这类反应属于氧化反应，生成物是氧化物。
氧化反应又可分为剧烈氧化和缓慢氧化。剧烈氧化包括燃烧和爆炸；缓慢氧化：进行得很缓慢的不易觉察的氧化反应。它们的共同点都是氧化反应，都放出热量。
例7下列反应不属于化合反应，也不属于分解反应，但属于氧化反应的是（ ）
A．碳+氧气 二氧化碳 B．酒精+氧气水+二氧化碳
C．氯酸钾氯化钾+氧气 D．硫酸铜+氢氧化钠氢氧化铜＋硫酸钠
（六）空气的污染
1．污染源：化石燃料（煤和石油）的燃烧和工厂的废气。
2．污染物：主要是粉尘和气体。从世界范围看，排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等。
例8在下列五种物质中，会对空气造成污染的是（ ）
①汽车排出尾气形成的烟雾 ②石油化工厂排出的废气 ③天然水蒸发成水蒸气
④植物光合作用放出的气体 ⑤煤燃烧产生的烟尘．
A．②④ B．①②⑤ C．③⑤ D．①③④
二、课堂练习：
1、下列关于空气成分的说法错误的是（ ）
A．氧气约占空气体积的21% B．饼干在空气中变软是因为空气中含有水蒸气
C．稀有气体通电发光是化学变化 D．空气中的氧气主要来自植物的光合作用
2、下列关于空气的说法不正确的是（ ）
A．洁净的空气是纯净物 B．空气是一种重要的资源
C．空气质量对于人类的生存至关重要 D．植物的光合作用是空气中氧气的主要来源
3、下列物质中属于纯净物的是（ ）
A．洁净的食盐水 B．冰水混合物
C．净化后的空气 D．蜡烛燃烧后的产物
4、下列广告用语在科学上没有错误的是 ( )
A．没有水就没有生命 B．长期饮用纯水，有益于身体健康
C．这种饮料不含任何化学物质 D．人长期在富氧环境中，可以延年益寿
5、在治理北京的大气和水污染的措施中，不可行的是（ ）
A．抑制水中所有动植物的生长 B.公共汽车改用清洁燃料车
C．禁止使用含硫高的劣质煤 D.禁止排放未经处理的废水
6、下列有关氮气的用途中，错误的是（ ）
A．制氮肥 B．直接做燃料 C．做灯泡填充气 D．做瓜果保护气
7、下列关于稀有气体的叙述，错误的是（ ）
A．稀有气体都是没有颜色、没有气味的气体
B．稀有气体在空气中所占的体积约为0.03%
C．稀有气体的性质很不活泼，常用作保护气
D．稀有气体在通电时，能发出不同颜色的光
8、下列变化中物质发生了化学变化的是（ ）
A.湿衣服经风吹后变干 B.磨制石器 C.用麻织布 D.煤燃烧
9、下列有关氧气的说法不正确的是（ ）
A．物质与氧气发生的反应都是氧化反应
B．鱼、虾能在水中生存说明水中溶有氧气
C．硫在氧气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰
D．氧气可以压缩贮存于钢瓶中，是因为氧气分子间有一定的间隔
10下列反应属于氧化反应但不属于化合反应的是（ ）
A．水+二氧化碳→碳酸 B．氧化汞→汞+氧气
C．甲烷+氧气→水+二氧化碳 D．碳+氧气→二氧化碳
11、某班同学用右图装置测定空气里氧气的含量。先用弹簧夹夹住乳胶管。点燃红磷伸入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察 广口瓶内水面变化情况。实验完毕，甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的1/5,乙同学的广口瓶内水面上升明显显大于瓶内空气体积的1/5。下列对这两种现象解释合理的是（ ）
①甲同学可能使用的红磷量不足，瓶内氧气没有消耗完
②甲同学可能未塞紧瓶塞，红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内
③乙同学可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内空气受热从导管逸出
④乙同学可能插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内空气受热逸出
A.只有①③ B.只有②④ C.只有①②③ D.①②③④
12、下列关于燃烧现象的描述中正确的是（ ）
A．木炭在空气中燃烧后，生成二氧化碳气体 B．硫粉在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰
C．铁在氧气中燃烧火星四射生成黑色固体 D．红磷在空气中燃烧，产生大量烟雾
13、如图所示是某同学测定空气中氧气含量的装置。玻璃管中装的是细铜丝。
加热
（已知：铜 +氧气 氧化铜；氧化铜是固体）
（1）若加热前，两注射器组成的密闭系统中有30mL空气，停止加热冷却到室温后，理论上密闭容器中剩余的气体的体积为 mL，由此证明空气中氧气约占空气总体积的 。
(2)不同的同学在做上述实验时结果差别较大，甲同学最后剩余气体26mL，你认为可能的原因有哪些？
①
②
（3）该实验能否将铜丝换成木炭？ ，为什么？
14、化学反应的程度与反应物的浓度之间有一定的规律可循．某实验小组各取等质量的木炭和等质量的硫分别在容积相同的集气瓶中燃烧．部分现象记录如下表：
实验
实验步骤
实验现象
燃烧反应的化学方程式
A
①木炭在空气中燃烧
①木炭红热
产生的气体都能使澄清的石灰水变浑浊
______________
②木炭在氧气中燃烧
②______________
B
③硫在空气中燃烧
③微弱的淡蓝色火焰
产生的气体都有刺激性气味
______________
④硫在氧气中燃烧
④______________
（1）请完成表内尚未填写的实验现象和燃烧反应的化学方程式．
（2）通过A、B两组燃烧对比实验的现象，可以得出的规律是： ．
15、用图A所示装置测定空气中氧气的含量．
（1）实验时，取下橡胶塞，点燃红磷迅速伸入集气瓶中并塞紧橡胶塞，这时看到的现象是 ．
（2）小倩设计了如下图B所示的改进装置，其优点是 （只写一点）．从理论上分析，玻璃管内液面最终将上升至 处（填1、2、3、4），但实验测结果液面往往偏低，其原因可能是 ．
三、课后练习：
1下列医药试剂属于纯净物的是（ ）
A．碘酒 B．眼药水 C．葡萄糖注射液 D．蒸馏水
2、由于过量砍伐森林、大面积开垦草场，土地出现沙漠化，导致最近我国北方每年多次出现沙尘暴天气。沙尘暴使空气中增加了大量的（ ）
A．二氧化硫 B．一氧化碳 C．二氧化氮 D．粉尘
3、薯片等易碎食品宜采用充气袋包装，下列气体中最不适宜充入的是（ ）
A．O2 B．N2 C．CO2 D．空气
4、2009年“世界环境日”的主题是“团结起来应对气候变化”．下列做法不符合这一主题的是（ ）
A．鼓励建设小型火力发电厂，保证电力供应
B．生产、生活中提倡使用节能技术和节能用具
C．大力鼓励植树造林，严禁乱砍滥伐
D．禁止焚烧秸杆，推广秸杆的综合利用
5、右图所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，并做上记号．下列说法中不正确的是（ ）
A．集气瓶内加入少量水可防止瓶底炸裂
B．该实验所用红磷的量不足可能造成气体减少的体积小于五分之一
C．实验时，点燃的红磷要立即伸入集气瓶中，并塞紧橡皮塞
D．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
6、下列说法中，错误的是（ ）
A．氧气可用于潜水、医疗急救B．二氧化碳能支持燃烧，可作燃料
C．氮气充入食品包装袋内可以防腐
D．稀有气体充入灯泡中可使其耐用
7、下列物质属于纯净物的是
A.蒸馏水 B.清澈的泉水 C.清新的空气 D.坚硬的大理石
8、下列变化中属于化学变化的是（ ）
A.干冰升华 B.雪花融化 C.菜刀生锈 D.汽油挥发
9、在对空气中氧气含量的测定时小明进行了如下实验：将盛放红磷的燃烧匙点燃后立即插入集气瓶并塞紧瓶塞．
（1）观察到的主要现象是 ．燃烧完毕后，冷却至室温，打开止水夹发现水被吸入集气瓶内．
（2）此时集气瓶中剩余的主要气体是 （填化学式）该气体的化学性质 （填“活泼”或“”不活泼）
（3）小明通过该实验测得空气中氧气的体积分数比正常值偏小，其原因可能是？（写出两种）
10、用如图装置进行镁条在空气中燃烧的实验．当燃烧停止、冷却后打开止水夹、进入集气瓶中水的体积约占集气瓶体积的70%．请回答：
（1）图中A仪器的名称是 ；冷却后打开止水夹，水能进入集气瓶的原因是 ．
（2）如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的 %．现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出镁条也与空气中的氮气发生了燃烧，请你写出该反应的化学文字表达式 ．
通过上述探究，你对燃烧的有关知识有了什么新的认识（写一条即可）： ．
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