北京版初中化学九年级上册 第8章 第二节 二氧化碳的性质和用途——检查装置的气密性 教案

检查装置的气密性——气体性质的应用
（一）指导思想与理论依据
化学学科核心素养包括实验探究与创新意识，宏观辨识与微观探析，证据推理与模型认知，变化观念与平衡思想，科学精神与社会责任，其中实验探究与创新意识是化学学科核心素养的实践基础，强调通过实验研究物质的组成、性质及其变化规律等等，初步掌握利用实验研究物质的方法，并且尊重客观事实，不迷信权威，发现和提出有价值的学科问题，能够依据问题明确实验目的，不断地完善和优化实验方案，完成实验方案，如实记录实验过程中的现象，并对这个过程中的内容加以整合，得出合理的实验结论，同时发扬敢于批判和质疑的科学精神。义务教育化学课程标准（2011年版）中指出，科学探究是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。学生通过亲身经历和体验科学探究活动，激发学习化学的兴趣，增进对科学的情感，学习科学探究的基本方法，初步形成科学探究能力。化学实验是进行科学探究的重要方式，学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证。
本节课即是在上述指导思想下完成的，精心设计学生活动，关注初高中课程衔接，旨在加强学生的化学实验基本技能，使学生能够形成解决此类问题的思路和方法，提升实验能力，养成一定的学科素养。实施过程中利用压强传感器探究影响气体压强的因素，在此基础上提出利用这一性质解决实际问题，加强对实验中所得结论的认识和应用，得到检查装置气密性的一般思路和方法。
（二）教学背景分析
教学内容分析：
1. 教学价值分析
在生产、科研及日常生活和科学实验中，装置的气密性具有特别重要的作用。许多化学反应都需要在密闭容器中进行；工业生产中为保证产品质量，保障生产、生活的安全，具有密闭容器性质的产品在出厂前都要进行密封性能检测；日常生活中检测管道、充气用具是否漏气都需要对其进行气密性的检测。因此，气密性是我们进行工业生产、科学研究的基础，有着举足轻重的意义。随着科学技术的不断发展和进步，气密性检测的方法也不断更新，因此了解和掌握气密性检查的方法是十分必要的。
2. 学科本体知识分析
气密性是指容器的各连接部位是否有泄漏现象。整套装置可分为密闭装置部分和连接部分。在密闭体系内，气体会产生一定的压强，影响密闭体系气体压强的因素有两个，温度和单位体积内气体的量。检查装置气密性的方法有升温法和注水法。升温法是通过升高密闭体系内的温度，增大气体的压强，使得体系内的气体外逸；当体系回到初始温度时，由于体系内气体减少，会有相应的实验现象，比如体系内液面的上升或者气球鼓和瘪的程度不同。一般情况下，我们选取将密闭装置的一端置于水中。注水法是向密闭体系内注水，通过加入的水形成的水柱来增大气体系内气体压强的方法，注水法分为内注法和外注法。连接部分的气密性可以通过涂抹泡沫或者将连接部分置于水中来进行检查。
3. 教材内容分析
本节课属于教材中，第一单元课题3走进化学实验室，仪器连接部分的第5点。
检查装置的气密性属于仪器连接的一部分，这部分知识应用到了气体压强的知识，难度较大。虽然《课程标准》及其教材对本节课的内容涉及较少，但是本节课意义重大，教学中不可一带而过。本节课的学习涉及到一套完整的实验装置，是气体压强及其影响因素在化学上的第一次应用，一方面对仪器连接的巩固和提升，为后续密闭装置中反应的进行提供了实验基础和方法，另一方面也为后续“高锰酸钾制取氧气”“空气中氧气体积分数的测定”，“二氧化碳与氢氧化钠的反应”等实验中所涉及到压强的是做了重要铺垫，将压强在化学中的应用这一难点进行了分散。
学生情况分析：
　　1．从知识储备来看
学生在小学科学课学习中已经初步了解了大气压，认识到了大气具有一定的压力，知道了大气压力在生活中有较多的应用，如：吸盘为什么可以吸住。通过初二物理的学习，学生知道气体如同固体和液体一样也具有一定的压强，但对其认识只是停留在了解层面上，对气体压强的影响因素较为模糊，缺乏实验的支撑。同时，学生对检查装置气密性的原理及方法是新知识，较为陌生。
2. 从发展需求来看
学生对气体压强有一定的认识，但对其影响因素的认知不全面，缺乏事实依据，需要从直观的实验角度进行探究，需要形成实验操作-实验现象-实验结论一一对应的学习方法，需要能够对实验结论加以应用来解决实际问题，建立气体压强与检查装置气密性的关系，并理解检查装置气密性的原理，并总结得出一般的思路和方法，为后续的学习打下基础。
3. 障碍点发展路径分析
本课题学习中，学生可能存在的障碍点：学生对于影响气体压强的因素比较容易能够通过实验获得，对于如何建立利用气体压强的影响因素检查装置气密性的思路和方法，以及对检查装置气密性原理的理解。部分同学可能对密闭装置气密性检查与装置连接处气密性检查易产生混淆。
突破传统教学中讲授式的教学模式的局限性和机械式的记忆，帮助学生理清装置气密性的检查是通过改变密闭体系内气体压强的影响因素实现的。
教学方式和教学手段：
针对本节课的重难点，本着强化重点突破难点的原则，以形成思路方法和提升核心素养为引导，本节课采取了以下几种教学方式和手段：
1. 以图片和视频资料的形式引入新课，让学生体会气体在日常生活中的应用，以及气体压强可能给我们带来的不便；
2. 通过一套连接有压强传感器的实验装置，小组探究影响气体压强的因素，加强学生通过实验获得相应实验结论的学科能力，并用板书进行总结；
3. 由探究气体压强的装置过度到在没有压力传感器时如何检测装置的气密性，展示实验视频，为装置气密性的检查做一铺垫。
4. 通过观看实验视频获得的启示，小组讨论如何检查一套较为简单的实验装置的气密性，并进行语言表述，经过不断修正，得到合适的方法并进行落实。同时通过对上述方法各个步骤的分析，得出检查密闭装置气密性的一般思路。
5. 通过球囊模拟气源，指导学生利用涂抹法和浸泡法对装置的连接处进行气密性的检验。至此学生了解了一套完整实验装置的气密性检验的方法。
本节课注重每个环节的问题衔接，环环紧扣，旨在设计出一节符合学生思维发展和认识过程的新课。
技术准备：
多媒体设备，视频资料，实验装置，学案。
实验装置
实验装置
（三）本课教学目标设计
1. 通过观看气体在日常生活中应用的图片和视频“汽车轮胎在夏天充气太足爆胎”，体会气体与生活息息相关。
2. 通过压强传感器对气体压强的测定，直观地认识影响气体压强的因素，能概括得出实验结论。培养实践精神和实事求是的科学态度。
3. 根据影响气体压强的因素，通过小组讨论和分析获得检查简单装置气密性的方法，培养解决具体问题的能力和整合知识的能力。
4. 通过对装置连接部分气密性的检验，学会具体问题具体分析，体会化学在生产、生活中的应用。
5. 通过小组实验，学习团队合作，通过研究来自生活中的问题，感知化学与生活的密切相关，培养和巩固对化学学习的兴趣。
（四）教学过程与教学资源设计
教学流程图：
教学过程：
教学环节 教师活动 学生活动 设置意图
环节一： 新课引入 【引入】我们都知道气体在日常生活中有很多的应用，例如用于饮料、膨化食品以及压缩类食品的包装，气球、泳圈、轮胎等的充气。 【提问】在实际生活中你有过这样的经历或者是经验吗？ 【播放视频】夏天时，车胎充气太足容易发生爆炸。下面我们来播放一段视频。请同学们在观看视频的过程中思考： 【提问】为什么会有这样的情况发生呢？ 【讲解】其实气体体积的热胀冷缩与气体的压强有关。 【过度】下面就让我们通过实验来探究影响气体压强的因素有哪些。 【观看图片，聆听】 【回答】没有 【观看视频】 【回答】夏天的时候温度较高，气体体积受热膨胀达到一定程度时，车胎就会发生爆炸。 通过气体在日常生活中的应用，创设情境，引出气体压强，对气体压强的影响因素研究做铺垫。
环节二： 气体压强受一定因素的影响 【指导实验准备】请同学们将电脑与压强传感器相连，并打开相应的软件。 【活动一】请同学们阅读学案中相关的实验步骤，熟悉实验内容。 【指导实验】 下面请大家根据学案的内容，完成第1步：打开K1、K2和K3，将注射器抽至80mL处，记录此时压强传感器的示数P1为 。 关闭K3，观察并记录压强传感器的示数P2为 。 第2步：推动注射器活塞，观察并记录压强传感器的示数P3为 。 【小结】推动活塞时，密闭装置中的气体被压缩，单位体积内气体的量增多，气体的压强增大。 【指导实验】 下面请大家根据学案的内容，完成第3步：关闭K1，向烧杯中加入热水，观察并记录压强传感器的示数P4为 。 【小结】向烧杯中加入热水时，密闭装置中的温度升高，气体运动的速率加快，气体的压强增大。 【总结】 【准备实验】 【阅读学案】 【动手实验并记录数据】 【数据汇报】推动注射器活塞时，压强传感器的示数逐渐变大。 【动手实验并记录数据】 【数据汇报】向烧杯中加入热水的过程中，压强传感器的示数逐渐变大。 通过本环节的讨论及观看实验视频，为密闭装置气密性的检查提供了事实依据，培养学生多方面解决问题的能力。
【提问】如果没有压强传感器，我们又该如何研究压强的影响因素呢？ 同学说的非常好，下面我们通过视频来看看这位同学的想法能否实现。 【播放视频】 【小结】通过刚刚的讨论和视频介绍，我们发现可以借助将装置的一端置于水中，观察导管口是否有气泡冒出也可以来检查装置的气密性。 【思考并进行小组讨论】 【回答】将试管上方的导管放入盛有水的烧杯中，推动注射器活塞时，会看到导管口有气泡冒出；当将试管置于盛有热水的烧杯时，也会看到有气泡冒出。 【观看视频并相互交流】 通过本环节的讨论及观看实验视频，为密闭装置气密性的检查提供了事实依据，培养学生多方面解决问题的能力。
环节四： 利用影响气体压强的因素对密闭装置的气密性进行检验 【讲解】在化学实验中，装置的气密性对我们的实验有着至关重要的作用。因此，组装好实验装置后我们首先要检查装置的气密性，这就要借助于气体压强的影响因素了。 这是只有一端与外界相连的一套实验装置，如何检查其气密性呢？ 请大家小组讨论你的方案。 【追问】空气是没有颜色的，我们如何能看到进入试管中的气体吗？ 【追问】试管置于盛热水的烧杯中，试管里气压增大，此时导管口已经有气泡冒出了，只是我们没有看到，然后再将其置于盛水的烧杯中，一定会有看到气泡冒出吗？ 【追问】如何改进呢？ 【讲解】在实验中，我们通常用“双手捂试管”的方法代替“将试管置于盛有热水的烧杯中”。 【活动2】现在请大家动手实验，看能否可行吧。 【讲解】其实在实验中，如果我们仔细观察，会发现刚开始将导管置于盛有水的烧杯时，导管内的液面与烧杯中的液面不相平。在松开手一段时间后，我们会发现导管内的液面上升并超过烧杯中水的液面。 【提问】能否解释“松开手一段时间后，导管内的液面上升并超过烧杯中水的液面”？ 下面我们来总结分析刚刚检查装置气密性的方法。 【分析】 ①将导管置于水中，将整个装置形成了密闭体系。 ②双手紧握试管外壁，使得试管内与导管存在一定的压强差。 气体会从压强大的地方进入压强小的地方，从而产生一定的现象。 【总结】 【聆听】 【小组讨论并陈述实验方案】 【学生1】将导管置于盛有热水的烧杯中，使导管内气体的压强增大，左边导管口有气体冒出。 【回答】看不到。 【学生2】试管置于盛热水的烧杯中，试管里气压增大，在导管口放有盛不同颜色水的烧杯中，看到有气泡冒出。 【学生3】不一定，因为试管中的气体被提前赶出，不易观察到气泡。 【学生4】先将导管置于水中，然后在将试管置于盛有热水的烧杯中，看到导管口有气泡冒出，说明气密性好。 【小组实验】 【实验汇报】 通过实验，我们看到了预想的实验现象，说明此装置的气密性良好。 【笔记】将实验操作方法落实到学案上。 【学生5】因为在这之前我们看到导管口有气泡冒出，使得试管内的气体减少，松手后水就会进入导管。 【聆听、思考】 【笔记】 由过度环节的实验视频得到启示，借助水对装置进行密封，通过温度对气体压强的影响设计实验制造压强差，由现象判断气密性是否良好。从而得到检查装置气密性的一般方法。
环节五 对装置连接处的气密性进行检验 【过度】对于一套实验装置来说，包括两个部分：装置密闭部分和装置连接部分。刚刚我们对如何检查密闭部分的气密性进行了讨论、分析，最后得到了相应的方法。 【提问】那么对于装置的连接处，我们又该如何检查其气密性呢？ 【活动三】下面我们用球囊模拟气源，对装置连接处进行气密性的检验。请同学们阅读学案中相关的实验步骤，熟悉实验内容。 【指导实验】 下面请大家根据学案的内容，完成第1步：开始实验时，将止水夹夹在2处，挤压球囊，用棉花在橡胶管及连接处涂泡泡水，观察现象。 【指导实验】 第2步：将橡胶管及连接处置于水槽中，持续挤压球囊，观察现象。 【小结】通过涂抹法和浸水法，我们可以检查装置连接处的气密性。至此，我们学习了检查一套完整实验装置的气密性。 【讲解】在日常生活中，我们可选择涂抹法对管道是否漏气进行检查；对车胎、泳圈及充气玩具等是否漏气则一般采用浸水法进行检验。 【思考】 【回答】将装置的连接部分置于水中，如果漏气就会有气泡冒出。 【阅读学案】 【动手实验，仔细观察现象】 【实验汇报】：漏气的位置有泡泡会被吹起来冒出。 【动手实验，仔细观察现象】 【实验汇报】：漏气的位置在水槽中有气泡冒出。 【聆听】 【聆听】 利用球囊模拟气源的装置，学会利用涂抹法和浸泡法两种方法对装置的连接处进行气密性的检验并可将其应用在实际生活、生产中。
环节六 拓展提升 【提问】检查气密性的方法有很多，你是否注意过家里天然气如果泄漏会有什么现象呢？ 【给出阅读材料】 【小结】天然气是一种可燃性气体，当在空气中达到一定浓度时，于明火会发生爆炸，因此我们通过添加臭味剂硫醇、四氢噻吩来进行防范。 【总结】 结合板书对本节课进行总结。 【回答】天然气泄漏时，会有臭味。 【阅读材料】 拓展工业中如何处理防止天然气泄漏的方法，认识到具体问题具体分析的重要性。
（五）学习效果评价及表现
1. 效果评价：
内容标准细目 学 业 水 平 层次 要求 是否达标
能说出影响气体压强的因素 1. 影响气体压强的因素有哪些？ 合格
能对试管装置检查气密性的方法进行准确表述。 2. 检验右图装置气密性的方法是 合格
对其他实验装置密闭部分气密性的检验进行分析，并能动手实验，形成文字性的描述。 3. 根据本节课所学，你能否检查下面的两套实验装置的气密性？ 装置一装置二
良好
2. 表现：
对装置一学生想到用如下的方法进行检验：
关闭分液漏斗的活塞，将导管的一端置于盛有水的烧杯中，
双手捂住锥形瓶，观察到导管口有气泡冒出，说明气密性良好。
对装置二学生想到用如下的方法进行检验：
方法一：
将止水夹夹紧橡胶管，向长颈漏斗中注水，发现液面的
高度不变，说明装置的气密性良好。
方法二：
将止水夹夹紧橡胶管，向长颈漏斗中注水，双手捂住锥形瓶，长颈漏斗中的液面上升，
说明装置的气密性良好。
（六）教学反思
本节课精选素材，精心设计学生活动，目的是通过实验在更直观的获得所学知识的同时，能够形成实验操作-实验现象-实验结论相互统一的角度认识化学实验，最终逐步实现实验探究与创新意识核心素养的培养。1. 利用压强传感器对气体压强的研究，为学生提供了更为直观的认识，这也为实验装置中密闭部分的检查提供了实验支撑和理论依据。2. 通过对简单的实验装置的认识，学生可以将一套装置分成两个部分来分析，其中一个部分是实验装置的密闭部分，另一个是实验装置的连接处（例如：橡胶管与玻璃管的连接部分，橡胶管本身，等等），这两个部分检查其气密性的方法是不同的。通过实验培养了学生思维的有序性和逻辑性，同时提高了利用所学知识解决实际问题的能力。3. 实验过程中，学生学习到了团队合作的重要性，感受到了化学与生活的密切相关，培养和巩固对化学学习的兴趣。同时教学实施过程中多处重难点内容均以问题为引领，通过追问反问等激发学生的思维从而增强实际获得感，为义务教育阶段和高中阶段后续学习做好衔接和铺垫。
本节课在设计和实施中也存在一定的问题，以下是对本节课的反思：首先，本节课的内容对于初中学生来讲较难，在教学过程中需明确本节课的重点，弱化非重点知识；其次，没有做好气体压强的影响因素与检查装置气密性之间的衔接，虽然在检查气密性前提出了问题，进行了讨论，播放了视频，但铺垫地不够到位。最后，本节课学生一共有三个学生实验，对于刚刚开始接触化学的学生来讲，应该对实验内容进行说明或者示范，这样可以给学生更为清晰的指导，使实验效果最大化。
附:
板书设计