第二节 氧气的制法教学设计实例

第二单元 我们周围的空气

课题1 空气（1.5课时）

教材分析

从知识结构上来说：空气是学生化学课上接触的第一种物质，学生身处空气中无时无刻不在感受着空气的神奇，因此以空气作为步入化学这门物质科学很容易引起学生的兴趣。也符合“从学生熟悉的事物入手，进行科学教育”的原则的。本课题包含了三部分，即“空气是由什么组成的”、“空气是一种宝贵的资源”、“保护空气”。这三部分内容相互联系，并逐步深入。“空气是一种宝贵的资源”、近年来空气污染日益严重，空气污染是三个环境问题之一，空气的保护和防治首当其冲。用法律武器保护空气以成为当前不可或缺的重要内容。

学情分析

化学学习之前，学生对空气氧气并不陌生，生活中他们已经积累了一些零散的、简单的化学知识，因此以空气为主题能较好的引发学生的学习兴趣。我们身处空气中，周围环境的恶化，初中生有着基本的辨别是非的能力及环境忧患意识，从周围环境的污染能够意识保护我们赖以生存的空气的重要性。

教学目标

1、知识与技能：

（1）了解空气的主要成分；

（2）了解氧气、氮气、稀有气体的主要物理性质和用途；

（3）初步认识纯净物、混合物的概念，能区分—些常见的纯净物和混合物

2、过程与方法：

（1）通过对“测定空气里氧气含量”实验的操作、观察、分析，了解空气的组成；

（2）通过对空气、氧气等几种常见物质的比较，了解混合物和纯净物的概念；

（3）通过对空气污染情况的调查，知道污染空气的途径及污染的危害，学会一些简单的防治方法。

3、情感、态度与价值观：

（1）初步了解空气污染给人类带来的严重危害；

（2）知道空气是一种宝贵的自然资源；

（3）养成关注环境、热爱自然的情感。

（4）在自主设计实验探究的过程中，体验探究的乐趣，保持和增强对生活中和自然界中科学现象的好奇心和探究欲，发展学习化学的兴趣。

教学重难点

教学重点 1、初步区分混合物和纯净物 2、对空气的污染和防治有所认识。认识空气是一种宝贵的自然资源 教学难点 熟练区分混合物和纯净物

教学过程

教学环节

教师活动

【引入】通过第一单元的学习，我们知道化学与我们的生活密切相关，今天我们就来研究我们人类每时每刻都离不开的物质——空气。

【板书】第二单元 我们周围的空气 课题1 空气

引入课题

【提问】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？

【小实验】将烧杯倒扣入水中

问题：烧杯里有什么物质？

水为什么不能充满整个的烧杯？

思考

回答：烧杯是空的

回答：因为烧杯里有空气。

学生活动

让学生意识到空气的存在，初步认识到空气会产生压力，同时引入新课。

设计意图

同样的道理，如果将胶头滴管插入水中。

【提出问题并组织讨论】

1、

怎样才能吸入更多的水？

2、

每次吸入水的体积都相同吗？

3、

吸入水的体积与挤压出的空气有什么关系？

讨论，集体交流。归纳小结，形成共识，得到启示。

激发学生兴趣。

感受空气占据一定的空间。空气会产生压力，把水压进烧杯。为测定一定容器内空气中氧气的体积的实验打下基础。

了解空气与人类生活的紧密联系。

知道空气主要成分。

培养学生表达交流能力。

为用燃烧法测定空气中氧气的含量实验做铺垫。

通过学生自主探究，体会当很难用机械的方法把空气中的氧气排出时，可以用点燃蜡烛（或纸张、火柴）的方法把氧气消耗掉，定性的认识测定空气中氧气含量的方法。在体验成功的喜悦和探究乐趣的同时，发现新的探究问题。

实验探究

【提问】请大家根据已有的知识和生活经验，谈谈对空气的认识

【板书】一、空气的组成

【提问】在这些气体中哪种气体与我们生命活动联系最紧密？如何证明它的存在？

【追问】空气中氧气的含量又是多少，能否设计实验来研究？

【板书】 1. 空气中氧气含量的测定

（1）原理： （2）装置： （3）现象 （4）反应： （5）结论： （6）讨论：

探究活动：设计实验，用燃烧法测空气中氧气的含量

1、

设置问题：氧气的体积分数是多少，能不能用类似胶头滴管吸水方式测定氧气的含量呢？

资料：红磷

+ 氧气

五氧化二磷

（固体）

气体

固体

硫（固）

+

氧气（气）

二氧化硫（气）

石蜡（固）

+

氧气（气）

二氧化碳（气）+ 水（液）

2、

组织学生设计实验方案。（药品、仪器、操作）

3、

组织学生交流、讨论、解释观察到的实验现象。

根据以前学过的有关知识和生活经验，讨论、交流。

回答：氧气。供给呼吸，支持燃烧。

分组讨论，选择实验用药品，设计实验方案并相互交流。

小组为单位进行实验。

汇报、交流实验成果。发现问题——用燃烧蜡烛、纸张、火柴的方法无法准确测量空气中氧气的含量。

交流反思

演示实验：空气中氧气含量的测定

介绍可燃物──红磷（展示红磷样品

暗红色固体）。

介绍实验装置。提出问题：

(1) 盛放红磷的集气瓶内，除了水，还有什么？

（空气）

(2) 将红磷点燃后放到集气瓶里，见到什么现象？

（黄色火焰、放热、产生大量白烟）

(3) 红磷熄灭冷却后把弹簧夹打开后会有什么现象？为什么？

（水进入集气瓶约1/5体积，因为红磷燃烧消耗了瓶内的氧气，且生成物是固体，导致集气瓶内的气压减小，因而水倒流。）

(4) 该反应是什么？

（磷+氧气五氧化二磷 P+O2P2O5）

(5) 通过该实验得出的结论是什么？

（氧气约占空气体积的1/5体积。）

实验结束后，提出下列问题让学生讨论思考5分钟后回答：

(1) 燃烧匙内放过量红磷的目的是什么？

（使瓶内的氧气全部参加反应）

(2) 为什么实验开始前要关闭弹簧夹？如未关闭，可能的后果是什么？

（防止瓶内的空气受热膨胀后逸出，使测定结果偏大。）

(3) 为什么要等集气瓶冷却后才能打开弹簧夹？

（因为燃烧放热，瓶内温度较高气体气压较大，引起测量结果偏低。）

(4) 如果装置的气密性不好，结果可能是什么？

（燃烧结束时瓶内压强减小，瓶外的空气会进入集气瓶，引起测量结果偏低。）

(5)

红磷熄灭后瓶内还有没有残余的氧气？

（有；红磷在氧气含量过低的实验条件下不能继续燃烧。）

(6) 在实验中，为什么气体减少的体积小于1/5？可能的原因有哪些?

（①装置漏气；②红磷量不足；③装置未冷却就打开弹簧夹。）

(7) 若剩余气体主要是氮气，上述实验可以知道N2的什么性质？

（无色气体，难溶于水、不能燃烧也不支持燃烧。）

产生认知冲突，进一步激发探究欲预测、观察实验现象。

望。

记录实验现象，完成提供资料，启发学生对实验结果作出探究报告。在观察、合理的猜想。

思考、讨论的基础上在前面两个小实验的基础上，初步理进行交流，得出结论。

解空气中氧气含量

测定的实验原理，知道气体体积的测定方法。对学生的实验设计做激励性的评价，增强其对事物认识的好奇心、求知欲。

熟悉药品、装置。

总结

【讲述】两百多年前，法国著名化学家拉瓦锡研究空气成分所做的实验与我们今天的实验异曲同工。

开课本课本26页。

通过这些实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。

学生阅读课本进行回【讲述】在十九世纪末以前，人们深信空气中仅含有氧气和氮气。后来陆续发现了氦、氖、氩、氪、答

等稀有气体，才认识到空气中除了氧气和氮气之外，还有其他的成分。目前人们已能用实验方法精的测定空气的成分。实验表明，空气的成分按体积计算，大约是

【板书】

2、空气的组成

（1）空气是混合物

名称 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳 其他

符号

体积分数

【讲述】

大气有自净作用.进入大气的污染物,经过自然条件下的物理和化学作用,或是向广阔的

空间稀释,使其浓度下降,或是受重力作用,使较重粒子沉降于地面,或是在雨水洗涤下返回大地,或是被分解破坏等从而使空气净化.这种大气的自净作用是一种自然环境的调节的重要机能..应当指出的是,绿色植物的光合作用也是一种自净过程. 所以，正常情况下，空气各组分的含量是比较稳定的。

（2）含量比较稳定(自净作用)

【课后自学】

你如何理解空气是一种宝贵的资源？随着现代化工业的发展，排放到空气中的有害物质的数量超过其自净能力时,就会出现空气污染。空气污染严重影响人类和自然界万物的生长。空气是人类生命和生活不可缺少的物质，人在5周内不吃饭，5天内不因水，尚能生存，而隔绝空气5分钟就会死亡。所以，空气污染会对人类造成很大的危害。那么，那些物质会造成空气污染呢？这些污染物是从哪里来的呢？我们怎样防治空气污染呢？

德育教育：通过空气成分发现过程的学习，认识到科学研究过程中美的真谛在于求真，作为科学家最大的美德是严谨的科学态度，要敢于质疑权威。了解，最初化学研究的手段

把探究从课堂引向课外，进一步激发学生的探究欲望。

组织学生小结。http: /www.xk b1.com

提出进一步探究的问题：

1、空气中的各成分是怎样被发现的呢？

各成分又有何种用途呢？

2、地球上没有空气会怎样？

谈这节课的收获：从知识的获得、认识气体的途径和测量气体体积的方法等方面谈。

梳理知识，归纳方法，进行自我评价。

【板书设计】

课题1 空 气 (第一课时) 一、

空气的组成

1、测定空气中氧气的含量：

（1）原理：红磷燃烧消耗氧气，使集气瓶内压强减小，使集气瓶内外产生压力差，烧杯内的水在外界大气压的作用下进入集气瓶，烧杯内水的体积约为空气中氧气的体积。

（2）装置 （3）现象：红磷在空气中燃烧，发出黄色火焰，产生大量白烟，放出热量，松开止水夹，烧杯中的水进入集气瓶中，约占集气瓶总体积的1/5 点燃

（4）反应：红磷+氧气

───→五氧化二磷 （化学式）

（5）结论：氧气约占空气总体积的1/5

讨论： (1) 燃烧匙内放过量红磷的目的是什么？

（使瓶内的氧气全部参加反应）

(2) 为什么实验开始前要关闭弹簧夹？如未关闭，可能的后果是什么？

（防止瓶内的空气受热膨胀后逸出，使测定结果偏大。）

(3) 为什么要等集气瓶冷却后才能打开弹簧夹？

（因为燃烧放热，瓶内温度较高气体气压较大，引起测量结果偏低。）

(4) 如果装置的气密性不好，结果可能是什么？

（燃烧结束时瓶内压强减小，瓶外的空气会进入集气瓶，引起测量结果偏低。）

(5) 若剩余气体主要是氮气，上述实验可以知道N2的什么性质？

（无色气体，难溶于水、不能燃烧也不支持燃烧。）

(6) 红磷熄灭后瓶内还有没有残余的氧气？

（有；红磷在氧气含量过低的实验条件下不能继续燃烧。）

(7) 在实验中，为什么气体减少的体积小于1/5？可能的原因有哪些?

（①装置漏气；②红磷量不足；③装置未冷却就打开弹簧夹。）

2、空气的组成

（1）空气是混合物

名称

化学式

体积分数

用途

氮气

N2

78％

无色无味气体难溶于水

氧气

O2

21％

无色无味气体难溶于水

稀有气体

0、94％

无色无味气体；

化学性质很不活泼

二氧化碳

CO2

0、03％

其他气体和杂质

0、03％

制硝酸、化肥，保护气，潜水、医疗、炼钢、气②不活泼(稳定性)可作保护气(焊接金属、充入灯泡) （灯泡、食品、焊接）冷焊、化工生产、宇宙航行

③通电时发出有色光(物理性质)(可作各种用途的电冻麻醉，超导材料

光源)等

④激光技术

⑤制造低温环境(氦) ⑥医疗麻醉(氙) 混合物：由两种或多种物质混合而成的物质 这些物质之间没有发生反应，各自保持着各自的性质。

纯净物：只由一种物质组成（可用专门的化学符号表示；有固定的熔、沸点）

（2）含量比较稳定(自净作用) 三.保护空气: 烟尘——煤烟、金属尘、 1．污染源 二氧化硫

—

金属冶炼厂、化工厂、含硫燃料 有害气体 一氧化碳

—

煤的燃烧

二氧化氮

—

汽车尾气

2.防止和减少空气污染的方法

（1）

工业三废的回收与处理 （2）提高汽油、柴油的质量

二氧化硫污染对健康的影响health effects of sulfur dioxide pollution 二氧化硫

(SO2)是一种常见的和危害较大的大气污染物。在五种主要大气污染物(一氧化碳、二氧化硫、碳氢化物、飘尘、氮氧化物）中，它的含量约占15％。二氧化硫形成对人类健康有害的硫酸雾有两种过程：一是二氧化硫遇水蒸汽可生成具有腐蚀性的亚硫酸，进而被氧化成硫酸雾；一是二氧化硫在阳光或空气中氧化物的作用和催化下，可氧化成吸湿性强的三氧化硫而形成硫酸雾。此外，飘尘中所含的铁、锰、镁等金属成分，也可催化二氧化硫氧化成三氧化硫。若大气干燥清洁，二氧化硫可停留1～2个星期。若大气潮湿或含有其他污染物，则只需

1小时就可能氧化成三氧化硫并以硫酸雾的形式沉降到地面。

污染来源

主要有下列三个来源:①含硫燃料(如煤和石油)的燃烧；②含硫矿石(特别是含硫较多的有色金属矿石)的冶炼;③化工、炼油和硫酸厂等的生产过程。到20世纪60年代后期,全世界二氧化硫的年排放量约为1.5亿吨。二氧化硫在大气对流层中的平均浓度约为0.2ppb；在城市上空的年平均浓度则高达0.1～0.15ppm。

危害和机理

①二氧化硫的刺激作用。二氧化硫易溶于水,当通过鼻腔、气管、支气管时,多被管腔内膜水分吸收阻留,变为亚硫酸、硫酸和硫酸盐,使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌内因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应,使气管和支气管的管腔缩小,气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。当二氧化硫的浓度达到10～15ppm时,呼吸道的纤毛运动和粘膜分泌功能均受到抑制。浓度达20ppm时,刺激作用明显增强，引起咳嗽,眼睛难受,即使习惯于低浓度二氧化硫的人也会感到不适。浓度达

25ppm时，喉头的纤毛运动有65～70％受到障碍。若每天8小时连续吸入浓度为100ppm,则支气管和肺都将出现明显的刺激症状，使肺组织受损。如果浓度达到400ppm则可使人呼吸困难。②二氧化硫和飘尘的联合毒作用。二氧化硫和飘尘一起进入人体，飘尘气溶胶微粒能把二氧化硫带到肺的深部，使毒性增加3～4倍。此外，飘尘中含有三氧化二铁等金属成分，可以催化二氧化硫氧化成为硫酸雾,吸附在飘尘微粒的表面,被带入呼吸道深部。硫酸雾的刺激作用比二氧化硫约强10倍。二氧化硫和飘尘等污染物一起侵入细支气管和肺泡后，一部分随血液输至全身各个器官，造成危害；另一部分则沉积在肺泡内或粘附在肺泡壁上。这些微粒的长期作用会促使肺泡壁纤维增生，如果范围扩大，还会形成肺纤维性变。同时，这些微粒又能刺激和腐蚀肺泡壁，使纤维断裂，形成肺气肿。③二氧化硫的促癌作用。动物实验证明,10毫克／米3的二氧化硫可以增强致癌物苯并(a)芘的致癌作用。在二氧化硫和苯并(a)芘的联合作用下,动物肺癌的发病率高于单个致癌因子的发病率。浓度为28.6毫克／米3的二氧化硫的长期单独作用,只能引起组织内发生一些肿瘤前期的改变，而262毫克／米3的大剂量二氧化硫和苯并(a)芘的联合作用,在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。④二氧化硫对健康的其他有害作用。在正常情况下,维生素B1和维生素C能形成结合性维生素C，使之不易被氧化,以满足身体的需要。二氧化硫进入人体，便会与血中的维生素B1结合,使体内维生素C的平衡失调，从而影响新陈代谢。二氧化硫还能抑制和破坏或激活某些酶的活性,使糖和蛋白质的代谢紊乱,从而影响机体生长和发育。

防治措施

①城镇建设要合理布局，实行功能分区，将排放二氧化硫的工厂配置在当地暖季风向频率最小的上风侧。②改造锅炉,改进燃烧方法,以消烟除尘。③发展区域集中供暖，适当增加烟囱高度，安装净化、除尘设备，以减轻或消除污染。④改革生产工艺，开展综合利用，将金属冶炼厂排放的二氧化硫适当回收。⑤加强环境污染管理，制订环境卫生标准和排放标准等。

根据中国《工业企业设计卫生标准》的规定，居住区大气中二氧化硫一次最高容许浓度为0.5 毫克／米3；日平均最高容许浓度为0.15毫克／米3。