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沪教版化学九年级上册教案211认识空气大家族我们需要洁净的空气
第二章说明
《浩瀚的大气》是化学初三年级第一学期(试用本)>上教版>第二章。
从本章开始学生将“有重点地研究一些我们身边的物质”,因此本章是学生走好“化学之旅”的奠基内容。
本章的知识框架基本着眼三条主线:
①认识物质组成的主线。
从微观角度,物质由分子、原子等微粒构成;从宏观角度,物质由元素组成的。
弄清了这些关系,就为以后研究具体物质打好了基础。
②化学研究方法的主线。
以最熟悉的空气为入口,以氧气为抓手,真实感受化学是一门以实验为基础的自然科学,实验探究是化学研究的重要方法。
通过探究“空气中氧气的体积分数”等活动,为以后研究元素化合物的性质等理顺思路。
③化学反应中量的主线。
无论化学反应怎样千变万化,必然遵循质量守恒定律,这是化学计算的前提,而化学计算的基础是物质的量。
弄懂了这些关系,就为今后化学计算做好了准备。
本章知识结构:
2.1人类赖以生存的空气(共2课时)
第1课时认识空气“大家族”我们需要洁净的空气
一、设计思想
本节课的学习内容学生本来就比较熟悉,并且经过《科学》的学习,对空气的成分已有了初步认识。
但要让他们用科学的、规范的语言来表述却有一定难度。
基于学情实际,设计教学时,对教材内容作了适当重新安排。
课内主要让学生认识空气,了解空气的污染和防治。
重点之一是通过了解拉瓦锡实验原理后,探索空气中氧气的体积分数。
重点之二是对课前调查资料的整理和归纳,清晰认识空气污染的危害性和防治污染的迫切性。
本着“从学生熟悉的事物入手,进行科学教育”的原则,先让学生给李峤的诗起名。
随后让学生用多种方式感知空气的存在,并预设二个环节让学生认识拉瓦锡的实验原理,一是在做证实空气存在的小实验时,让学生用吸耳球吸掉集气瓶内部的空气;二是观察拉瓦锡实验的flash。
既为测定空气中氧气的体积分数作铺垫,又使学生明白拉瓦锡实验的原理。
在此基础上,学生设计、实施自己的实验方案,从而突破本节课的难点,突出本课的重点。
由于学生接触化学的时间很短,教师要充分考虑学生在自主探究过程中可能碰到的困难。
空气污染对人类造成的危害,学生既有切身感受,又时常耳闻目睹。
因此,在课前布置了一项活动,让学生调查本地区空气污染情况与原因,并提出防止污染的措施。
既能充分调动学生积极性,又能开发学生潜能,培养学生收集和处理信息的能力,也使学生充分认识到空气是一种十分重要的自然资源。
二、教学目标
1.知识与技能
(1)了解空气的主要成分,知道氮气和氧气的体积分数。
(2)知道大气圈的结构与臭氧层的作用,了解氮气和稀有气体的常见用途。
(3)了解当前的空气质量状况,知道大气污染和酸雨形成的主要原因,了解防治空气污染的常见处理方法及其重要意义。
2.过程与方法:
(1)通过“粗略测定空气中氧气的体积分数”的实验操作,学会设计实验进行探究活动,培养学生的观察、分析能力。
(2)通过对空气污染情况的调查活动,初步培养学生收集、阅读和处理信息的能力。
3.情感态度与价值观:
(1)通过模拟实验,体验化学实验带来的乐趣,养成实事求是的科学态度,形成善于合作、勤于思考、严谨求实的科学精神。
(2)通过调查活动,增强学生的环保意识,感悟空气是一种宝贵的自然资源,养成关注自然、热爱化学的情感。
三、重点和难点
教学重点:
使学生了解定量研究空气成分的实验方法,知道空气的主要成分。
教学难点:
设计探究实验,对空气中氧气的体积分数进行定量实验分析。
四、教学用品
药品:
蜡烛、木炭、白磷、水。
仪器:
水槽、集气瓶、广口瓶、燃烧匙、止水夹、导管、吸耳球、烧杯、乳胶管。
媒体:
多媒体电脑、实物投影仪、PPT课件。
五、教学流程
1.流程图
2.流程说明
[1]创设情境,导入新课。
[2][3]学生朗读李峤的诗,并根据自己的理解给诗起名。
[4][5][6]学生叙述自己是如何感受到空气存在的,证实集气瓶中有空气存在,并用吸耳球吸掉瓶内空气,感悟进入的水的体积与吸掉的空气的体积的关系。
[7][8][9]学生阅读教材,了解大气圈的构造及臭氧层的作用。
[10][11][12][13][14][15][16]学生了解拉瓦锡实验原理,根据这一原理,自己设计实验,确定方案,测定空气中氧气的体积分数。
帮助第一次探究实验失败的小组,寻找原因,修正实验方案,进行第二次探究实验,认识影响实验成败的主要因素。
[17]知道空气的主要成分,具体了解氮气和氧气的体积分数。
[18][19][20][21]学生阅读教材,了解氮气、稀有气体的性质与用途,知道稳定结构。
[22][23][24][25]交流调查体会,认识空气污染的危害性,寻找防治措施。
[26]师生共同回忆学习本节课的具体收获、解决疑问,结束本课。
六、教学案例
1.教学过程
教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
导
入
课
题
[媒体]呈现李峤诗的内容。
(见相关链接)
[要求]给这首出自唐代诗人李峤之手的诗起个诗名。
(提示:
要抓住关键点)
学生代表讲出自己的诗名并简述理由。
鼓励并揭示谜底。
[媒体]诗名:
风
[讲解]风是流动的空气,今天来认识它的真面目。
[板书]第二章浩瀚的大气
§2.1人类赖以生存的空气
朗读。
讨论并提出自己的诗名。
作出评价并与自己的诗名作比较。
反思,自己起的诗名与诗人意境上的差异。
创设轻松和谐的学习氛围,吸引学生的注意力
引出课题。
证
明
空
气
的
存
在
[想一想]空气看不见、摸不着,能否凭自己的生活经验,谈谈自己是如何感知空气存在的。
[追问]能否用一个简单的实验来证实空气的存在。
学生代表叙述设想。
(拿出一个集气瓶)
[问题]这是什么仪器?
(然后甩一甩、倒一倒)
[问题]集气瓶里倒底有没有东西?
[追问]如何证明?
(引导并汇总意见:
将它倒扣在水槽里)
[试一试]将集气瓶倒扣在水槽中,看到什么现象?
说明了什么?
[讲解]空气确实在我们的周围。
[试一试]请同学将导管伸入集气瓶底部,再用吸耳球将空气抽掉一部分。
[设问]看见什么现象?
为什么?
[追问]减少的空气体积与进入集瓶中水的体积有什么关系?
思考、讨论,并说出自己的想法。
(放风筝、看见操场上红旗飘扬等等)
思考。
与自己的想法作比较。
回答:
集气瓶
回答:
有空气
思考,拿出方案
补充、比较、评价
试验并仔细观察现象。
回答:
现象和结论。
实验。
回答:
水进入集气瓶。
回答:
瓶内空气减少。
思考并回答:
相等。
激励学生思考,培养学生关注生活中的现象,使多数学生有自我表现的机会。
认识进入的水与减少的空气的体积关系,为下面的探究活动作铺垫。
大
气
圈
的
构
造
2007年11月,嫦娥一号登月成功,是我国航天史上重要的里程碑。
它必须穿过大气层才能到达月球,那大气层的结构怎样?
带着以下问题阅读书本P33第一自然段
[问题]①大气圈的构造如何?
②各种天气气象出现在哪层?
③臭氧层(O3)在哪层?
有何作用?
④登山运动员已经很辛苦,为什么还要背氧气瓶?
[媒体]大气圈的构造。
[板书]一、大气圈的构造
带着问题阅读课本并回答问题。
对流、平流、中间等五层。
对流层。
平流层,臭氧能吸收紫外线,保护人类。
高度越高,空气越稀薄,氧气越少。
观看。
培养学生自学能力。
认识大气圈的构造。
空
气
成
份
的
探
索
[设问]空气是一种单一物质还是由多种物质混合而成的。
[追问]何以见得?
[叙述]通过多种途径的了解,大家对空气已经有了一个大致的认识。
可是人类为了揭开空气神秘的面纱,许多科学家作出了长期不懈的努力,走过了相当漫长的时光。
学生阅读文本P34[拓展视野]并思考以下问题。
[问题1]空气的主要成分是什么?
谁发现的?
出示拉瓦锡照片
[问题2]拉瓦锡通过实验证实氧气体积约占空气体积的多少?
他是如何发现的?
[简述]人类研究空气的历史。
运用所学知识,回答问题:
混合物。
说出理由。
阅读教材,了解科学家的科学态度及研究过程。
氮气和氧气,拉瓦锡。
认真观看。
回答:
约占1/5。
实验中空气约减少1/5。
听。
以旧引新。
培养学生自主学习的能力。
利用化学史进行教育。
了解空气的主要成份。
了
解
实
验
原
理
[Flash]拉瓦锡研究空气成分的模拟实验(共同观看,放二遍)
[小结]在拉瓦锡设计的密闭容器中,汞与氧气发生反应,气体体积减小,汞液面上升,其体积就是消耗掉氧气的体积。
仔细观看并与教师一起感受实验所蕴含的基本原理
培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。
合
作
探
究
空
气
中
氧
气
的
体
积
分
数
[讲解]我们是否能够借鉴拉瓦锡的实验原理,设计一个或多个更为简单的实验,来粗略测定空气中氧气的体积分数。
[提示]关键要考虑哪些方面的问题?
(对学生的回答及时作点评,同时加以引导、鼓励。
)
[设问]准备怎样来实施小组的计划?
需要哪些仪器和药品?
[布置]学生实验内容,提供各小组所需的实验仪器及药品,如燃烧匙、烧杯、广口瓶、止水夹、橡皮管、木炭、白磷、蜡烛等。
[追问]实验的结果怎样?
点燃
[议一议]成功在什么地方?
失败是什么原因?
点燃
[友情提示]P+O2P2O5(固体)
点燃
C+O2CO2(气体)
石蜡+O2CO2(气体)+H2O
[设问]生成物如果是气体,密闭装置内气体的体积变化明显吗?
[要求]刚才实验成功的小组帮助实验失败的小组修正实验方案。
[追问]小组准备用什么作反应物。
[布置学生实验]再次探究。
[追问]再次实验的结果如何?
思考、讨论并设计小组实验方案。
思考、回答(反应物要能与氧气反应,如木炭、磷、蜡烛;密闭装置,集气瓶五等分等)。
各小组简述实验方案,提出小组所需仪器和药品。
[学生实验]
观察现象,记录结论。
小组代表汇报。
反思方案与实验过程。
思考并作出反应,完善方案。
明确生成物应该是固体。
协作修改小组实验方案
各小组选择:
磷
[学生实验]
各组派代表汇报:
大多数等于1/5,个别小组出现小于1/5或大于1/5。
体验合作学习,学会相互交流与借鉴。
培养学生的团队协作精神及动手、操作等能力。
增进友谊和增强凝聚力。
组
间
交
流
[叙述]看来各小组的结果仍不尽一致。
从拉瓦锡的实验结果来看,气体应该减少1/5。
那为什么会出现小于1/5、大于1/5的结果呢?
(引导学生分析、寻找实验失败的原因)
[小结]要获得正确的实验结论,反应物除了要与氧气反应外,反应后的生成物必须是固体,这样才会使密闭容器内气体减小,形成压强差。
[追问]剩余4/5气体主要是什么气体呢?
实验成功的小组帮助实验失败的小组再一起查找原因。
在教师引导下找出小于1/5和大于1/5的原因(见相关链接)
回忆阅读教材时获取的信息。
(是氮气)
让学生在观察与讨论中发现问题、提出问题、解决问题,培养学生严谨、务实的科学态度。
空
气
成
分
[讲解]在拉瓦锡之后,科学家们并没有停止揭开空气神秘面纱的脚步,现代技术证实:
[媒体]空气中各气体成分及其体积分数。
[叙述]现代科学技术测定的数据,基本接近拉瓦锡的实验结果,氮气约占4/5,氧气约占1/5。
但0.01的误差引发的故事,同学们应永远铭记在心。
[介绍]雷利和拉姆塞合作发现稀有气体,并获得诺贝尔化学奖的故事。
了解空气各成分的体积分数,知道氮气78%,氧气21%,稀有气体0.94%,二氧化碳0.03%,其他0.03%
听并感受,与教师产生共鸣
树立实事求是、追求真理、不懈努力精神。
获得准确结论。
对学生进行化学史的教育。
氮
气
和
稀
有
气
体
的
性
质
和
用
途
[讲解]在空气的主要成分中,先来认识氮气和稀有气体的性质和用途。
请阅读课本P35~36,了解它们的性质和用途。
[问题]①氮气的性质。
②氮气的用途。
③稀有气体包括哪些?
④稀有气体的性质。
⑤稀有气体的用途。
[设问]为什么稀有气体又称惰性气体?
它的化学性质特别稳定,知道是什么原因吗?
选择几位同学讲述
[小结]所有的稀有气体都具有稳定结构,所以,它们的化学性质十分稳定,不易与其他物质发生化学反应。
因而可用来作保护气。
[追问]讲到这里,不知你们有没有发现,物质的结构、性质和用途之间存在着某些微妙的关系。
仔细阅读教材并回答问题。
化学性质不活泼。
作保护气,制硝酸和化肥
氦、氖、氩、氪、氙、氡
很稳定。
作保护气,制电光源。
思考。
可能与结构有关。
感悟:
结构决定性质,性质决定用途。
学会自学,学会归纳。
认识氮气、稀有气体的性质和用途。
了解物质的结构、性质、用途之间的关系。
空
气
的
污
染
和
防
治
[讲解]现代工业的发展,使排放到空气中的有害物质越来越多,空气的污染问题已成为我们必须面对的客观现实。
我们周围的空气遭受污染的情况怎样呢?
[课外活动展示]简要交流、汇报课前调查本地区空气污染活动情况及资料整理结果。
[设问]本地区的空气质量如何?
[视频]空气污染的情形。
[问题]通过调查、网上收集资料和刚才的视频,认为造成空气污染主要有哪些方面呢?
[小结]①大气污染源。
②人为污染源包括哪三类?
③污染物。
其中二氧化碳会造成什么?
形成酸雨的主要物质是什么?
[说一说]了解了污染空气的原因,就能从源头上防治空气的污染。
作为一个小公民,面对环境污染该做些什么?
有什么好建议?
该如何去保护环境、真爱地球呢?
(参与学生的讨论、发表自己的观点,鼓励学生大胆发表意见)[归纳总结]防治大气污染的措施。
派代表汇报本小组的调查结果。
发表自己的见解。
观看并思索。
发表意见(如汽车尾气排放、灰尘、黑烟……),认识空气污染的主要原因。
工业污染源、燃料燃烧污染源和农业污染源
包含飘尘、氮氧化合物等
温室效应
二氧化硫
讨论并回答污染的严重后果,相互补充提出防治措施(如植树造林、提倡无车日、发展新能源……)。
参与活动
让学生初步学习收集信息、处理信息。
用掌握的化学知识来解决实际问题
培养学生的公民意识和环保意识,并进行环保教育。
小
结
[共同解决]对空气的认识将暂告一段落。
通过本节课的学习,你有哪些收获、有什么创见,还有什么疑问吗?
请提出来我们一起解决。
回答学生的疑问
自己整理、归纳
提出疑问
构建知识网络,完善知识体系,同化学习内容
作
业
布
置
(1)书本P43习题②⑤⑥,练习部分P16习题②④⑤⑥⑦。
(2)绘制上一周上海空气质量日报表,收集有关空气中各成分用途的资料和图片。
记录作业,回家查阅有关资料
体验化学与生活的联系
学以致用
2.主要板书
第二章 浩瀚的大气
§2.1人类赖以生存的空气
一、大气圈的构造:
对流层──各种天气现象
平流层──臭氧层(能吸收紫外线)
中间层
电离层
外层
二、空气的成份
1.体积分数:
氮气──78%、氧气──21%、稀有气体──0.94%、二氧化碳──0.03%、其它──0.03%
2.氮气的性质和用途
(1)性质:
无色、无味的气体,化学性质不活泼
(2)用途:
作保护气,制硝酸和化肥
3.稀有气体的性质和用途
(1)性质:
性质十分稳定,不易于其他物质发生化学反应
(2)用途:
作保护气,制电光源
三、我们需要洁净的空气
1.人为污染源:
工业污染源、燃料燃烧污染源、农业污染源
2.酸雨──SO2
3.温室效应──CO2
3.相关链接
Ø李峤诗:
解落三秋叶,能开二月花。
过江千尺浪,入竹万竿斜。
Ø拉瓦锡实验的FLASH网址:
Ø稀有气体的发现:
二百多年前,人们已经知道,空气里除了少量的水蒸气、二氧化碳外,其余的就是氧气和氮气。
1785年,英国科学家卡文迪许在实验中发现,把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后,仍有很少量的残余气体存在。
这种现象在当时并没有引起化学家的重视。
一百多年后,英国物理学家雷利测定氮气的密度时,发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572g,而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.2505g。
经多次测定,两者质量相差仍然是几毫克。
可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异,他怀疑从空气分离出来的氮气里含有没被发现的较重的气体。
于是,他查阅了卡文迪许过去写的资料,并重新做了实验。
1894年,他在除掉空气里的氧气和氮气以后,得到了很少量的极不活泼的气体。
与此同时,雷利的朋友、英国化学家拉姆塞用其它方法从空气里也得到了这样的气体。
经过分析,判断该气体是一种新物质。
由于这种气体极不活泼,所以命名为氩(拉丁文原意是“懒惰”)。
以后几年里,拉姆塞等人又陆续从空气里发现了氦气、氖气、氪气和氙气。
Ø稀有气体的得名:
稀有气体的单质在常温下为气体,且除氩气外,其余几种在大气中含量很少(尤其是氦),故得名“稀有气体”,历史上稀有气体曾被称为“惰性气体”,这是因为它们的原子最外层电子构型除氦为1s2外,其余均为8电子构型(ns2np6),而这两种构型均为稳定的结构。
因此,稀有气体的化学性质很不活泼,所以过去人们曾认为他们与其他元素之间不会发生化学反应,称之为“惰性气体”。
然而正是这种绝对的概念束缚了人们的思想,阻碍了对稀有气体化合物的研究。
1962年,在加拿大工作的26岁的英国青年化学家N.Bartlett合成了第一个稀有气体化合物Xe[PtF6],引起了化学界的很大兴趣和重视。
许多化学家竞相开展这方面的工作,先后陆续合成了多种“稀有气体化合物”,促进了稀有气体化学的发展。
而“惰性气体”一名也不再符合事实,故改称稀有气体。
Ø稀有气体的物理性质和化学性质:
空气中约含1%(体积百分)稀有气体,其中绝大部分是氩。
稀有气体都是无色、无臭、无味的,微溶于水,溶解度随分子量的增加而增大。
稀有气体的分子都是由单原子组成的,它们的熔点和沸点都很低,随着原子量的增加,熔点和沸点增大。
它们在低温时都可以液化。
稀有气体原子的最外层电子结构为ns2np6(氦为1s2),是最稳定的结构,因此,在通常条件下不与其他元素作用,长期以来被认为是化学性质极不活泼,不能形成化合物的惰性元素。
直到1962年,英国化学家N.巴利特才利用强氧化剂PtF6与氙作用,制得了第一种惰性气体的化合物Xe[PtF6],以后又陆续合成了其他惰性气体化合物,并将它的名称改为稀有气体。
空气是制取稀有气体的主要原料,通过液态空气分级蒸馏,可得稀有气体混合物,再用活性炭低温选择吸附法,就可以将稀有气体分离开来。
Ø稀有气体的应用:
Ø酸雨的形成原因:
Ø臭氧层:
Ø大气污染物:
Ø伦敦烟雾事件:
Ø初中《科学》课程对空气的认识要求是能用一定的方法感知空气的存在,知道空气需要占据空间,知道空气有重量,了解空气的主要成分。
Ø“空气中氧气存在及含量的测定”除了教材上的“磷燃烧”实验外,还可利用一个比较简易的实验:
把一根稍长一点的蜡烛竖在水槽中燃烧,然后用玻璃杯罩住,观察杯内液面的上升。
(为了明显可把水槽中的水改为红颜色)这个实验虽然不是最精确但比较简单安全,而且现象明显,教学效果很好。
Ø磷燃烧测定氧气体积分数实验失败的可能原因:
若气体体积减小小于1/5,可能是红磷不足、装置漏气、没有充分冷却、氧气含量低时红磷不能继续燃烧等;若气体体积减小大于1/5,可能是红磷点燃后,烧得很旺,再慢慢放进集气瓶等。
Ø空气成分的发现史:
17世纪中叶以前,人们对空气和气体的认识还是模糊的,到了18世纪,通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究,人们才开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。
18世纪初,一位爱好植物学的英国牧师黑尔斯(S.Hales,1677~1761)发明了集气槽,改进了水上集气法。
1772年卢瑟福(D.Rutherford,英,1749~1819)在密闭容器中燃烧磷,除去寻常空气中可助燃和可供动物呼吸的气体,对剩下的气体进行了研究,发现这种气体不被碱液吸收,不能维持生命和具有可以灭火的性质,因此他把这种气体叫做“浊气”或“毒气”。
同年英国化学家普利斯特里(J.Priestley,1733~1804)也了解到木炭在密闭于水上的空气中燃烧时,能使1/5的空气变为碳酸气,用石灰水吸收后,剩下的气体,不助燃也不助呼吸。
事实上,瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele,1742~1786)在卢瑟福和普利斯特里研究氮气的同时,于1772年也从事这一研究,他可算是第一个认为氮是空气成分之一的人。
他曾于1773年用硝酸盐(硝酸钾和硝酸镁)、氧化物(氧化汞)加热,制得“火气”(fireair),并用实验证明空气中也存在“火气”。
综上所述,可见舍勒和普利斯特里虽然都独立地发现并制得氧气,但正如恩格斯指出的:
由于他们被传统的燃素说所束缚,“从歪曲的、片面的、错误的前提出发,循着错误的、弯曲的、不可靠近的途径行进,往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”(《自然辩证法》)。
法国化学家拉瓦锡(A.L.Lavoisier,1743~1794)较早地运用天平作为研究化学的工具,在实验过程中重视化学反应中物质质量的变化。
当他知道了普利斯特里从氧化汞中制取氧气(当时称之为脱燃素空气)的方法后,就做了一个著名的研究空气成分的实验(见《九年义务教育三年制初级中学.化学.全一册》第一章阅读材料)。
他摆脱了传统的错误理论(燃素说)的束缚,尊重事实,对实验作了科学的分析和判断,揭示了燃烧是物质跟空气里的氧气发生了反应,指出物质里根本不存在一种所谓燃素的特殊东西。
1777年,拉瓦锡在接受其他化学家见解的基础上,认识到空气是两种气体的混合物,一种是能助燃,有助于呼吸的气体,并把它命名为“氧”,意思是“成酸的元素”(拉瓦锡当时认为,非金属燃烧后通常变为酸,氧是酸的本质,一切酸中都含有氧元素);另一种不助燃、无助于生命的气体,命名为氮,意思是“不能维持生命”。
1785年英国化学家卡文迪许(H.Cavendish1731~1810)用电火花使空气中氮气跟氧气化合,并继续加入氧气,使氮气变成氮的氧化物,然后用碱液吸收而除去,剩余的氧气用红热的铜除去。
但至终残余有1%的气体不跟氧气化合,当时就认为可能是一种新的气体,但这种见解却没有受到化学家们应有的重视。
经过百余年后,英国物理学家雷利(J.W.S.Rayteigh,1842~1919)于1892年发现从含氮的化合物中制得的氮气每升重1.2505g,而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g,虽然两者之差只有几毫克,但已超出了实验误差范围。
所以他怀疑空气中的氮气中一定含有尚未被发现的较重的气体。
雷利沿用卡文迪许的放电方法
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