空氣的成分教案

1、2.1 空氣的成分第一課時【教學目標】：1.知識與技能（1）認識空氣的成分，說出各成分的大致含量（2）了解混合物及純凈物的概念。2.過程和方法：通過對空氣成分的認識，了解和區(qū)分混合物與純凈物。3.情感、態(tài)度與價值觀：了解空氣的成分及其作用，以便更好的服務于我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活?！窘虒W重點】：空氣的主要成分及其體積分數(shù)，混合物與純凈物?！窘虒W難點】：混合物與純凈物的概念及其運用?！窘虒W工具】：用于測定空氣成分的實驗器材;相關各種氣體用途的圖片；多媒體視頻；小黑板等?！窘虒W方法】：在小學科學課和初中生物課中，學生對空氣和呼吸作用已有一定的認識，教學中要充分調(diào)動學生已有的知識基礎，通過實驗2-1，由

2、學生推理出結(jié)論：空氣中含有約15體積的O2，這些O2在燃燒過程中被消耗掉。要向?qū)W生講解燒杯中的水倒流人集氣瓶內(nèi)的物理學原因。 空氣各種成分的含量多少是以體積分數(shù)表示的。部分學生對體積分數(shù)的概念不易理解，必要時可向?qū)W生解釋：對照課本空氣成分的體積分數(shù)表中數(shù)據(jù)，若把21mLO2、78mLN2與0.94mL稀有氣體、003mLCO2以及003mL的水蒸氣或其他雜質(zhì)混合到一個100mL的容器內(nèi)，各種氣體是極易擴散均勻的，這樣就人工造成100mL空氣了。每種氣體的體積與總體積相比，就是這種氣體在混合氣體中的體積分數(shù)(通常用百分數(shù)表示)?？諝庵懈鞒煞值捏w積分數(shù)既是相對穩(wěn)定的，又不是絕對不變的，這是教學上的

3、一個難點，有必要向?qū)W生說明。在不同地區(qū)或同一地區(qū)的不同時間里，空氣的某些成分的含量會發(fā)生變化。例如，人口密集或工廠密集的地區(qū)，CO2的含量會偏高。人們常把CO2、H2O和其他雜質(zhì)稱為空氣的可變成分，它們占空氣的分數(shù)雖然很少，但其效果不容忽視。 在學習N2和稀有氣體的用途時，要充分利用圖2-5，培養(yǎng)學生性質(zhì)決定用途的學科思維方法。 在學習混合物和純凈物的概念時，要緊密聯(lián)系有關實驗事實和生活中的具體事例，幫助學生形成概念，要注意分析對比兩者的異同點，結(jié)合有關習題，指導學生運用概念。教材已出現(xiàn)了Cu、O2、CuO、N2、CO2、H2O等化學式，可以提早向?qū)W生介紹這些化學用語，并指出：混合物不是一種單

4、純的物質(zhì)，所以不能用一個化學式來表示，而每種純凈物都有固定的組成，都可用一個化學式表示一種純凈物。此外還應向?qū)W生指出，自然界和生活中絕大多數(shù)物質(zhì)都是混合物，化學研究大都以純凈物為研究對象。 要注意向?qū)W生展示已學過的知識信息，要明確指出：“吸人的空氣”來自空間，就是“空間的新鮮空氣”，某個敞口的空瓶里裝的就是新鮮空氣了。課前預習:(1)閱讀課文并思考，解決下列問題或提出自己的見解：通過實驗2-1認識空氣的成分有那些？了解組成空氣的主要物質(zhì)成分所占的比例。通過閱讀課文了解氮氣和稀有氣體對人類的用途通過對空氣物質(zhì)成分的認識，了解和區(qū)分混合物與純凈物。（2）查閱相關信息，結(jié)合自己的觀點，進一步了解各種

5、空氣成分的用途。更進一步認識混合物與純凈物的區(qū)別。（3）23人一組（自由組合），將自己的學習成果制作成Powerpoint演示文稿或制作成小展板，供課堂交流用。 教學過程設計引言大家在§14的探究實驗中知道，銅片在用膠塞塞緊管口的試管內(nèi)受熱，發(fā)生了變化。那么，試管內(nèi)除銅片之外，還有什么物質(zhì)?為什么后來打開了管口膠塞再加熱時，未變黑的銅片會繼續(xù)變黑? 大家想想：在“空空如也”的教室里、在“空曠”的野外、在一個瓶口向下的無蓋瓶子中，那里有什么“東西”?討論討論交流上述問題后，由學生發(fā)言去列舉一個實實在在感覺到空氣存在的例子，看看全班能舉出多少個例子。(如：煽動扇子成風；自行車充氣后能載重

6、；封住針筒的針口再推壓針筒；空集氣瓶口向下往裝水的水槽中垂直下壓感到壓力，再把瓶子側(cè)倒時水槽內(nèi)有氣泡冒出等等)。引導學生回憶已有知識，自由發(fā)言，討論一下空氣與我們的生活有何關系?空氣的成分是什么?板書課題§21 空氣的成分設問1空氣是一種物質(zhì)嗎? 2空氣里究竟有什么物質(zhì)? 3如何測定空氣中氧氣的體積分數(shù)?實驗和觀察演示實驗21，引導學生認真觀察，及時思考，并填寫教材第31頁中的表。討論出該實驗的結(jié)論。(瓶內(nèi)原先有一整瓶空氣，磷的燃燒需要氧氣4P+52=2P2O5。燃燒停止是由于瓶內(nèi)的氧氣耗盡，冷卻后松開止水夾，由于燒杯水面受大氣壓強作用，水倒流人瓶內(nèi)，又因只進入15瓶水，說明一整瓶的

7、空氣已消耗了15體積，由此推出一整瓶空氣中含有約15體積的氧氣。)閱讀與討論 展示閱讀提綱，閱讀有關教材內(nèi)容，討論后教師做適當歸納。 1空氣中各種成分的體積分數(shù)是多少? 2空氣的組成是怎樣發(fā)現(xiàn)的? 3氮氣和稀有氣體有什么特性和用途? 4空氣各組分的比例是否固定不變?板書 怎樣區(qū)分混合物和純凈物?形成概念 大家已見過下列符號：Cu、CuO、O2、N2、CO2、H2O，它們分別代表什么物質(zhì)?(學生答)每個化學符號代表一種純物質(zhì)，這樣的純物質(zhì)稱為。如果把Cu與CuO兩種粉末混在一起，能叫做銅粉嗎?把O：與N：混合起來呢?(學生答)什么樣的物質(zhì)才稱為混合物?(討論、表達) 討論混合物與純凈物有何異同?

8、 (啟發(fā)：從組成是否固定，各組分能否保持其單獨存在的化學性質(zhì)，由多少種純物質(zhì)組成，能否用物理方法把各組分分離開來等四方面去思考。)思考從四個方面比較混合物與純凈物的區(qū)別：比較項目混合物純凈物 由多少種物質(zhì)組成 各成分所占比例是否固定 各組分能否保持原單獨存在時的化學性質(zhì) 能否用物理方法分離各組分 教學反思同學們通過科學實驗，對于看不見而又摸不著的空氣有了真正的認識，認識到了空氣這種混合物有了科學的依據(jù)，并對不同物質(zhì)的空氣成分及其作用有了深刻認識。對我們很好的利用空氣資源有了科學依據(jù)，同時同學們對于混合物與純凈物的區(qū)別也有了更好的理解和更深刻的認識。對以后的微觀認識和探索也奠定了基礎。 拓展 知

9、識拓展 1空氣成分的發(fā)現(xiàn)史 17世紀中葉以前，人們對空氣和氣體的認識還是模糊的，到了18世紀，通過對燃燒現(xiàn)象和呼吸作用的深入研究，人們才開始認識到氣體的多樣性和空氣的復雜性。 18世紀初，一位愛好植物學的英國牧師黑爾斯(SHales，16771761)發(fā)明了集氣槽，改進了排水集氣法。 1772年英國化學家盧瑟福(DRutherford,17491819)在密閉容器中燃燒磷，除去尋常空氣中可助燃和可供動物呼吸的氣體，對剩下的氣體進行了研究，發(fā)現(xiàn)這種氣體不被堿液吸收，不能維持生命，具有可以滅火的性質(zhì)，因此他把這種氣體叫做“濁氣”或“毒氣”。同年英國化學家普利斯特里(JPriestley，17331

10、804)也了解到木炭在密閉于水上的空氣中燃燒時，能使15的空氣變?yōu)樘妓釟?，用石灰水吸收后，剩下的氣體不助燃也不助呼吸。 1774年普利斯特里利用一個直徑為一英尺的聚光鏡來加熱各種物質(zhì)，看看它們是否會分解放出氣體，他還用汞槽來收集產(chǎn)生的氣體，以便研究它們的性質(zhì)。那年8月1日他如法加熱汞煅灰(即氧化汞)，發(fā)現(xiàn)蠟燭在分解出的“空氣”中燃燒，放出更為光亮的火焰；他又將老鼠放在這種氣體中，發(fā)現(xiàn)老鼠比在同體積的尋常空氣中活的時間約長了4倍?？梢哉f，普利斯特里發(fā)現(xiàn)了氧。遺憾的是他和盧瑟福等都堅信當時的“燃素說”。從而錯誤地認為：這種氣體不含燃素，所以有特別強的吸收燃素的能力，因而能夠助燃，當時他把氧氣稱之為

11、“脫燃素空氣”，把氮氣稱之為“被燃素飽和了的空氣”。 · 事實上，瑞典化學家舍勒(CWScheele，17421786)在盧瑟福和普利斯特里研究氮氣的同時，于1772年也從事這一研究，他可算是第一個認為氮是空氣成分之一的人。他曾于1773年用硝酸鹽(硝酸鉀和硝酸鎂)、氧化物(氧化汞)加熱，制得“火氣”(fire air)，并用實驗證明空氣中也存在“火氣”。 綜上所述，可見舍勒和普利斯特里雖然都獨立地發(fā)現(xiàn)并制得氧氣，但正如恩格斯指出的：由于他們被傳統(tǒng)的燃素說所束縛，“從歪曲的、片面的、錯誤的前提出發(fā)，循著錯誤的、彎曲的、不可靠近的途徑行進，往往當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理”(

12、自然辯證法)。 法國化學家拉瓦錫(AL. Lavoisier，17431794)較早地運用天平作為研究化學的工具，在實驗過程中重視化學反應中物質(zhì)質(zhì)量的變化。當他知道了普利斯特里從氧化汞中制取氧氣(當時稱之為脫燃素空氣)的方法后，就做了一個著名的研究空氣成分的實驗。他擺脫了傳統(tǒng)的錯誤理論(燃素說)的束縛，尊重事實，對實驗作了科學的分析和判斷，揭示了燃燒是物質(zhì)跟空氣里的氧氣發(fā)生了反應，指出物質(zhì)里根本不存在一種所謂燃素的特殊東西。1777年，拉瓦錫在接受其他化學家見解的基礎上，認識到空氣是兩種氣體的混合物，一種是能助燃，有助于呼吸的氣體，并把它命名為“氧”，意思是“成酸的元素”(拉瓦錫當時認為，非金

13、屬燃燒后通常變?yōu)樗?，氧是酸的本質(zhì)，一切酸中都含有氧元素)；另一種不助燃、無助于生命的氣體，命名為氮，意思是“不能維持生命”。 1785年英國化學家卡文迪許(HCavendish，17311810)用電火花使空氣中的氮氣跟氧氣化合，并繼續(xù)加入氧氣，使氮氣變成氮的氧化物，然后用堿液吸收而除去，剩余的氧氣用紅熱的銅除去。但最終仍殘余有1的氣體不跟氧氣化合，當時就認為這可能是一種新的氣體，但這種見解卻沒有受到化學家們應有的重視。 經(jīng)過百余年后，英國物理學家雷利(JWSRayteigh，18421919)于1892年發(fā)現(xiàn)從含氮的化合物中制得的氮氣每升重1250 5g，而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下

14、每升重1257 2g，雖然兩者之差只有幾毫克，但已超出了實驗誤差范圍。所以他懷疑空氣中的氮氣中一定含有尚未被發(fā)現(xiàn)的較重的氣體。雷利沿用卡文迪許的放電方法從空氣中除去氧和氮；英國化學家拉姆塞(WRamsay，18521916)把已經(jīng)除掉CO2、H2O和O2的空氣通過灼熱的鎂以吸收其中的氮氣，他們二人的實驗都得到一些殘余的氣體，經(jīng)過多方面試驗斷定它是一種極不活潑的新元素，定名為氬，原文是不活動的意思。 1868年8月18日在印度發(fā)生了日全食，法國天文學家嚴森(PJC. Janssen，18241907)從分光鏡中發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有一條跟鈉D線不在同一位置上的黃線，這條光譜線是當時尚未知道的新元素所產(chǎn)

15、生的。當時預定了這種元素的存在，并定名為氦(氦是拉丁文的譯音，原意是“太陽”)。地球上的氦是1895年從鈾酸鹽的礦物和其他鈾礦中被發(fā)現(xiàn)的。后來，人們在大氣里、水里，以至隕石和宇宙射線里也發(fā)現(xiàn)了氦。 1898年拉姆塞又在液態(tài)空氣蒸發(fā)后的殘余物里，先后發(fā)現(xiàn)了氪(拉丁文原意是“隱藏的”)、氖(拉丁文原意是“新的”)和氙(拉丁文原意是“生疏的”)。 1900年德國物理學教授道恩(PEDorn，18481916)在含鐳的礦物中發(fā)現(xiàn)一種具有放射性的氣體，稱為氡(拉丁文原意是“射氣”)。 2拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣的實驗 拉瓦錫受到普利斯特里和舍勒的啟發(fā)，做了很精細的實驗。由于這個實驗一連進行了二十天，所以被人們稱為

16、“二十天實驗”。拉瓦錫夫人是拉瓦錫在化學研究工作中的好助手。她不僅幫助拉瓦錫做實驗，而且精確地描繪了實驗時的情景，使后人能夠一目了然。拉瓦錫所有化學著作的插圖，幾乎都是拉瓦錫夫人親手繪制的。 從下面這張拉瓦錫夫人繪制的插圖，可以看出“二十天實驗”是怎么回事。那個瓶頸彎曲的瓶子，叫做“曲頸甑”。瓶中裝有水銀。瓶頸通過水銀槽，與一個鐘形的玻璃罩相通。玻璃罩內(nèi)是空氣。拉瓦錫用爐子晝夜不停地加熱曲頸甑中的水銀。在水銀那發(fā)亮的表面，很快出現(xiàn)了紅色的渣滓。拉瓦錫明白，那是水銀與空氣中的“脫燃素空氣”化合所生成的。隨著實驗的進行，紅色的渣滓越來越多。拉瓦錫和夫人本來是很喜歡社交的，各種宴會、舞會總少不了他們

17、夫婦。可是，在實驗進行的那些日子里，他們成天守在爐子旁，觀察著變化。他們發(fā)現(xiàn)，到了第十二天，紅色渣滓不再增多了。 他們繼續(xù)加熱，一直到第二十晝夜，紅色渣滓仍不增多，才結(jié)束了實驗。于是這個“馬拉松”式漫長的實驗，成為化學史上著名的實驗。 · 拉瓦錫發(fā)現(xiàn)，實驗結(jié)束時，鐘罩里的空氣的體積，大約減少了五分之一。 他收集了紅色的渣滓，用高溫加熱。渣滓分解了，重新釋放出氣體。拉瓦錫總共得到7-8立方英寸(1立方英寸等于16.377cm3)的氣體，正好與原先鐘罩中失去的氣體體積相等。 至于剩下來的氣體，既不能幫助燃燒，也不能供呼吸用。 拉瓦錫把那占空氣總體積五分之一的氣體，稱為“氧氣”(也就是普利

18、斯特里所謂的“脫燃素空氣”、舍勒所謂的“火空氣”)。 至于剩下的占空氣總體積五分之四的氣體，拉瓦錫稱它為“氮氣”。 在空氣中，還有“固定空氣”，即二氧化碳，不過，含量很少。 就這樣，千百年來被人們當作“元素”的空氣，終于被拉瓦錫揭開了真面目原來，空氣是由氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體混合組成的。 隨著空氣之謎被揭開，燃燒的本質(zhì)也被拉瓦錫查清楚了。 1789年，拉瓦錫在他的名著化學概論里，清楚地闡明了燃燒的本質(zhì)： (1)燃燒時發(fā)出光和熱。 (2)物質(zhì)只能在氧氣中燃燒(也有例外，如氫氣能在氯氣中燃燒，氯氣也能在氫氣中燃燒)。(3)氧氣在燃燒時被消耗。(4)燃燒物在燃燒后所增加的重量，等于所消耗的氧氣的重量。拉瓦錫堅決擯棄了“燃素學說”。他指出，世界上根本不存在什么“燃素”! 拉瓦錫的理論有大量實驗作為依據(jù)，很有說服力。他的理論，得到絕大多數(shù)化學家的支持。像普利斯特里那樣至死堅持“燃素學說”的人極少，難怪連他自己也不得不承認“幾乎是孤立的”。 3稀有氣體的發(fā)現(xiàn)與用途. 氦，Helium，源自helios，意為“太陽”，1868年發(fā)現(xiàn)。由