1、2.1 空气的成分第一课时【教学目标】：1.知识与技能（1）认识空气的成分，说出各成分的大致含量（2）了解混合物及纯净物的概念。2.过程和方法：通过对空气成分的认识，了解和区分混合物与纯净物。3.情感、态度与价值观：了解空气的成分及其作用，以便更好的服务于我们人类的生产和生活。【教学重点】：空气的主要成分及其体积分数，混合物与纯净物。【教学难点】：混合物与纯净物的概念及其运用。【教学工具】：用于测定空气成分的实验器材;相关各种气体用途的图片；多媒体视频；小黑板等。【教学方法】：在小学科学课和初中生物课中，学生对空气和呼吸作用已有一定的认识，教学中要充分调动学生已有的知识基础，通过实验 2-1，
2、由学生推理出结论：空气中含有约 15 体积的 O2，这些 O2 在燃烧过程中被消耗掉。要向学生讲解烧杯中的水倒流人集气瓶内的物理学原因。空气各种成分的含量多少是以体积分数表示的。部分学生对体积分数的概念不易理解，必要时可向学生解释：对照课本空气成分的体积分数表中数据，若把 21mLO2、78mLN 2 与 0.94mL 稀有气体、003mLCO 2 以及 003mL 的水蒸气或其他杂质混合到一个 100mL 的容器内，各种气体是极易扩散均匀的，这样就人工造成 100mL 空气了。每种气体的体积与总体积相比，就是这种气体在混合气体中的体积分数(通常用百分数表示)。空气中各成分的体积分数既是相对稳
3、定的，又不是绝对不变的，这是教学上的一个难点，有必要向学生说明。在不同地区或同一地区的不同时间里，空气的某些成分的含量会发生变化。例如，人口密集或工厂密集的地区，CO 2 的含量会偏高。人们常把 CO2、H 2O 和其他杂质称为空气的可变成分，它们占空气的分数虽然很少，但其效果不容忽视。在学习 N2 和稀有气体的用途时，要充分利用图 2-5，培养学生性质决定用途的学科思维方法。在学习混合物和纯净物的概念时，要紧密联系有关实验事实和生活中的具体事例，帮助学生形成概念，要注意分析对比两者的异同点，结合有关习题，指导学生运用概念。教材已出现了 Cu、O 2、CuO、N 2、CO 2、H 2O 等化学
4、式，可以提早向学生介绍这些化学用语，并指出：混合物不是一种单纯的物质，所以不能用一个化学式来表示，而每种纯净物都有固定的组成，都可用一个化学式表示一种纯净物。此外还应向学生指出，自然界和生活中绝大多数物质都是混合物，化学研究大都以纯净物为研究对象。 要注意向学生展示已学过的知识信息，要明确指出：“吸人的空气” 来自空间，就是 “空间的新鲜空气”，某个敞口的空瓶里装的就是新鲜空气了。课前预习:(1)阅读课文并思考，解决下列问题或提出自己的见解：通过实验 2-1认识空气的成分有那些？了解组成空气的主要物质成分所占的比例。通过阅读课文了解氮气和稀有气体对人类的用途通过对空气物质成分的认识，了解和区分
5、混合物与纯净物。（2）查阅相关信息，结合自己的观点，进一步了解各种空气成分的用途。更进一步认识混合物与纯净物的区别。（3）23 人一组（自由组合），将自己的学习成果制作成 Powerpoint 演示文稿或制作成小展板，供课堂交流用。 教学过程设计引言 大家在 14 的探究实验中知道，铜片在用胶塞塞紧管口的试管内受热，发生了变化。那么，试管内除铜片之外，还有什么物质?为什么后来打开了管口胶塞再加热时，未变黑的铜片会继续变黑?大家想想：在“ 空空如也 ”的教室里、在“空旷”的野外、在一个瓶口向下的无盖瓶子中，那里有什么“东西”?讨论 讨论交流上述问题后，由学生发言去列举一个实实在在感觉到空气存在的
6、例子，看看全班能举出多少个例子。(如：煽动扇子成风；自行车充气后能载重；封住针筒的针口再推压针筒；空集气瓶口向下往装水的水槽中垂直下压感到压力，再把瓶子侧倒时水槽内有气泡冒出等等)。引导学生回忆已有知识，自由发言，讨论一下空气与我们的生活有何关系?空气的成分是什么?板书课题 21 空气的成分设问1空气是一种物质吗?2空气里究竟有什么物质?3如何测定空气中氧气的体积分数?实验和观察 演示实验 21，引导学生认真观察，及时思考，并填写教材第31 页中的表。讨论出该实验的结论。(瓶内原先有一整瓶空气，磷的燃烧需要氧气4P+5 2=2P2O5。燃烧停止是由于瓶内的氧气耗尽，冷却后松开止水夹，由于烧杯水
7、面受大气压强作用，水倒流人瓶内，又因只进入 15 瓶水，说明一整瓶的空气已消耗了15 体积，由此推出一整瓶空气中含有约 15 体积的氧气。)阅读与讨论 展示阅读提纲，阅读有关教材内容，讨论后教师做适当归纳。1空气中各种成分的体积分数是多少?2空气的组成是怎样发现的?3氮气和稀有气体有什么特性和用途?4空气各组分的比例是否固定不变?板书 怎样区分混合物和纯净物?形成概念 大家已见过下列符号： Cu、CuO、O 2、N 2、CO 2、H 2O，它们分别代表什么物质?(学生答)每个化学符号代表一种纯物质，这样的纯物质称为。如果把 Cu 与 CuO 两种粉末混在一起，能叫做铜粉吗?把 O：与 N：混合
8、起来呢?( 学生答) 什么样的物质才称为混合物?(讨论、表达) 讨论混合物与纯净物有何异同?(启发：从组成是否固定，各组分能否保持其单独存在的化学性质，由多少种纯物质组成，能否用物理方法把各组分分离开来等四方面去思考。)思考 从四个方面比较混合物与纯净物的区别：比较项目 混合物 纯净物 由多少种物质组成 各成分所占比例是否固定 各组分能否保持原单独存在时的化学性质 能否用物理方法分离各组分 教学反思同学们通过科学实验，对于看不见而又摸不着的空气有了真正的认识，认识到了空气这种混合物有了科学的依据，并对不同物质的空气成分及其作用有了深刻认识。对我们很好的利用空气资源有了科学依据，同时同学们对于混
9、合物与纯净物的区别也有了更好的理解和更深刻的认识。对以后的微观认识和探索也奠定了基础。 拓展知识拓展 1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(SHales，16771761)发明了集气槽，改进了排水集气法。1772 年英国化学家卢瑟福(DRutherford,17491819)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，具有可以灭火的性质，
10、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 (JPriestley，17331804)也了解到木炭在密闭于水上的空气中燃烧时，能使 15 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。1774 年普利斯特里利用一个直径为一英尺的聚光镜来加热各种物质，看看它们是否会分解放出气体，他还用汞槽来收集产生的气体，以便研究它们的性质。那年 8 月 1 日他如法加热汞煅灰(即氧化汞)，发现蜡烛在分解出的“空气” 中燃烧，放出更为光亮的火焰；他又将老鼠放在这种气体中，发现老鼠比在同体积的寻常空气中活的时间约长了 4 倍。可以说，普利斯特里发现了氧。遗憾的是他和卢瑟福
11、等都坚信当时的“燃素说” 。从而错误地认为：这种气体不含燃素，所以有特别强的吸收燃素的能力，因而能够助燃，当时他把氧气称之为“脱燃素空气”，把氮气称之为 “被燃素饱和了的空气 ”。 事实上，瑞典化学家舍勒(CWScheele，17421786)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”(fire air)，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
12、， “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(AL. Lavoisier，17431794)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。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
13、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(HCavendish， 17311810)用电火花使空气中的氮气跟氧气化合，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。但最终仍残余有 1的气体不跟氧气化合，当时就认为这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(JWS
14、Rayteigh，18421919)于1892 年发现从含氮的化合物中制得的氮气每升重 1250 5g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重 1257 2g，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从空气中除去氧和氮；英国化学家拉姆塞(W Ramsay，18521916)把已经除掉 CO2、H2O 和 O2 的空气通过灼热的镁以吸收其中的氮气，他们二人的实验都得到一些残余的气体，经过多方面试验断定它是一种极不活泼的新元素，定名为氩，原文是不活动的意思。1868 年 8 月 18 日在印度发生了日全食
15、，法国天文学家严森(PJ C. Janssen，18241907) 从分光镜中发现太阳光谱中有一条跟钠 D 线不在同一位置上的黄线，这条光谱线是当时尚未知道的新元素所产生的。当时预定了这种元素的存在，并定名为氦(氦是拉丁文的译音，原意是“太阳”) 。地球上的氦是1895 年从铀酸盐的矿物和其他铀矿中被发现的。后来，人们在大气里、水里，以至陨石和宇宙射线里也发现了氦。1898 年拉姆塞又在液态空气蒸发后的残余物里，先后发现了氪(拉丁文原意是“隐藏的”)、氖 (拉丁文原意是“新的”)和氙( 拉丁文原意是“ 生疏的”)。1900 年德国物理学教授道恩(PEDorn，18481916)在含镭的矿物中发
16、现一种具有放射性的气体，称为氡(拉丁文原意是“射气”) 。2拉瓦锡发现氧气的实验拉瓦锡受到普利斯特里和舍勒的启发，做了很精细的实验。由于这个实验一连进行了二十天，所以被人们称为“二十天实验” 。拉瓦锡夫人是拉瓦锡在化学研究工作中的好助手。她不仅帮助拉瓦锡做实验，而且精确地描绘了实验时的情景，使后人能够一目了然。拉瓦锡所有化学著作的插图，几乎都是拉瓦锡夫人亲手绘制的。从下面这张拉瓦锡夫人绘制的插图，可以看出“二十天实验” 是怎么回事。那个瓶颈弯曲的瓶子，叫做“曲颈甑” 。瓶中装有水银。瓶颈通过水银槽，与一个钟形的玻璃罩相通。玻璃罩内是空气。拉瓦锡用炉子昼夜不停地加热曲颈甑中的水银。在水银那发亮的
17、表面，很快出现了红色的渣滓。拉瓦锡明白，那是水银与空气中的“脱燃素空气” 化合所生成的。随着实验的进行，红色的渣滓越来越多。拉瓦锡和夫人本来是很喜欢社交的，各种宴会、舞会总少不了他们夫妇。可是，在实验进行的那些日子里，他们成天守在炉子旁，观察着变化。他们发现，到了第十二天，红色渣滓不再增多了。他们继续加热，一直到第二十昼夜，红色渣滓仍不增多，才结束了实验。于是这个“马拉松 ”式漫长的实验，成为化学史上著名的实验。 拉瓦锡发现，实验结束时，钟罩里的空气的体积，大约减少了五分之一。他收集了红色的渣滓，用高温加热。渣滓分解了，重新释放出气体。拉瓦锡总共得到 7-8 立方英寸(1 立方英寸等于 16.
18、377cm3)的气体，正好与原先钟罩中失去的气体体积相等。至于剩下来的气体，既不能帮助燃烧，也不能供呼吸用。拉瓦锡把那占空气总体积五分之一的气体，称为“氧气”( 也就是普利斯特里所谓的“脱燃素空气 ”、舍勒所谓的 “火空气”)。至于剩下的占空气总体积五分之四的气体，拉瓦锡称它为“氮气” 。在空气中，还有“ 固定空气 ”，即二氧化碳，不过，含量很少。就这样，千百年来被人们当作“元素” 的空气，终于被拉瓦锡揭开了真面目原来，空气是由氧气、氮气、二氧化碳等气体混合组成的。随着空气之谜被揭开，燃烧的本质也被拉瓦锡查清楚了。1789 年，拉瓦锡在他的名著化学概论里，清楚地阐明了燃烧的本质：(1)燃烧时发
19、出光和热。(2)物质只能在氧气中燃烧(也有例外，如氢气能在氯气中燃烧，氯气也能在氢气中燃烧)。(3)氧气在燃烧时被消耗。(4)燃烧物在燃烧后所增加的重量，等于所消耗的氧气的重量。拉瓦锡坚决摈弃了“ 燃素学说 ”。他指出，世界上根本不存在什么 “燃素”!拉瓦锡的理论有大量实验作为依据，很有说服力。他的理论，得到绝大多数化学家的支持。像普利斯特里那样至死坚持“燃素学说” 的人极少，难怪连他自己也不得不承认“ 几乎是孤立的 ”。3稀有气体的发现与用途.氦，Helium，源自 helios，意为“ 太阳”，1868 年发现。由于氦比空气轻，因此被广泛地应用于填充飞艇和气象气球，以取代有高度可燃性的氢气
20、。由于氦的沸点低，还被用于超低温技术。氖，Neon ，源自 neos， “新”的意思，1899 年发现。氖现在大量地使用于广告招牌、霓虹灯。 “霓虹灯 ”就是一种只包含微量氖气的真空玻璃管：电流通过时，玻璃管放出一种明亮的橘红色光，加入一些汞蒸气后又发射出蓝光，这些光线在雾中有很强的穿透力，引人注目。氩，Argon，源自 argon，意为“不活泼”，1894 年发现。是稀有气体中最丰富的，占据了空气中 0934的体积。它在工业上最大的用途是焊接，能形成一种抑制化学变化的环境，使被焊接的金属无法燃烧，不致发生氧化。它也是用来充人普通灯泡的气体。氪，Krypton，源自 krypots， “隐藏”
21、 的意思，1898 年发现。氪是一种没有气味，没有味道，没有颜色的气。Kr85 是十七种放射性氪同位素中的一种，也是核裂变的一种产物，可以当示踪物使用，用来检查密封金属容器中的小毛病，包括小到只有两个氪原子宽的毛病。氙(音仙 )， Xenon，源自 xenos，意为“陌生人”， 1898 年发现。氙在电场的激发下能放出强烈的白光，高压长弧氙灯经常用于电影摄影、舞台照明等。氡，Radon，源自 radium，即镭元素，1900 年发现。是最重要的气体元素，200 倍，由镭元素放射出，所以它本身也具有很强的放射性。氡的半衰期很短，变时会释放出 a 粒子。而氡与被混合后所放射出的中子可用于科学研究。
