第二节　空气的成分 教学设计 (3)

1教学目标
（一）知识与技能目标
认识空气的主要成分及含量。初步体验简单的实验设计、观察实验现象并加以描述，对相关实验现象能给出合理的解释。
（二）过程与方法目标
通过测定空气中氧气含量的实验探究，让学生学会从混合气体中除去某种气体进而测定其含量的方法，并了解如何分析造成实验误差的原因。
（三）情感、态度与价值观目标
1、通过了解化学史实，明确严谨的科学态度是探究实验成功的基础，体会科学发展的艰难和曲折。
2、知道空气是一种宝贵的自然资源，养成关注环境，热爱自然的情感。
2学情分析
初中生的思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡，因此在教学中注意积极引导学生，应用已掌握的知识，通过从定性向定量的分析和推理来获得新知识，发展抽象思维能力。本单元选择空气作为初中化学中接触具体物质的开端，不仅因为小学对空气的知识已有过介绍，更重要的是因为它与人类的生产生活关系最为密切，通过对它的了解，可以比较顺利地引导学生进入化学世界。选择以空气为题，开始这一单元的教学活动，符合“从学生熟悉的事物入手，进行科学教育”的原则的。
3重点难点
重点：“测定空气中氧气含量” 探究过程
难点：引导学生设计“测定空气中氧气含量” 探究方法、探究原理
教学活动
活动1【讲授】实验探究空气的组成
引入：寒冷的冬季，同学们都喜欢将门窗关的严严实实，假如在这样的教室里给足你食物，水，让你呆上两三天，你会有怎样的反应呢？
生：闷，缺氧
师：我们呼吸需要空气中的氧气。空气对我们十分重要，我们看不到空气，摸不到空气，但也无法离开空气。如此重要的空气里面到底由什么组成呢？
生：氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等
师：那么他们又是以什么比例组成空气的呢？今天我们就先来探究下空气中氧气的体积分数。首先，列出氧气的体积分数计算公式，哪位同学来回答下。氧气的体积/空气的体积。
师：我用集气瓶收集了一瓶空气，如何测量瓶中的空气体积呢？
生：将水倒入集气瓶中，由水替代空气，则水的体积就等于空气的体积。
师：用水替代空气测定出其体积的方法十分适用，那么能否用类似的方法测定出集气瓶中氧气的体积呢？
师：我先给大家看一个演示实验，看大家是否能够其中得到一定的启示。当我用针筒向外抽取空气时，仔细观察试剂瓶内的变化。(我会放照片)
生：水沿导管进入试剂瓶中，抽取了空气的体积等于进入的水的体积。
师：根据这个演示实验，能否测定出氧气的体积了呢？
生：先将集气瓶中的氧气消耗尽，再通过大气压将水压入的方式测定氧气的体积。
师：用什么物质将氧气燃烧尽最佳？
（铁丝、铜、蜡烛、碳）
师：在这个实验中当我们在选择燃烧的物质时，一定要考虑到两点：1、该物质能否将氧气消耗尽 2、生成物是否会产生气体，造成干扰。所以，在本次实验中，我们选取了红磷这种物质。红磷与氧气燃烧生成五氧化二磷，这种生成物是白色固体，不会对实验结果产生影响。
师：以四人小组为单位，初步设计实验方案，所提供的实验装置有：燃烧匙，弹簧夹，导管，双孔橡皮塞，烧杯，广口瓶（为了更为方便的观察到气体体积比例，将广口瓶分为5等分）。
生：写方案，画图。学生上台连接仪器，两组。
师：实验装置已连接完毕，在实验前我们还需对装置进行气密性检查：用手心捂住广口瓶，气体热胀冷缩，观察到导管口有气泡冒出，松手后导管口会形成一段水柱，表示气密性较好。
师：为了更好的呈现实验现象，我选用钟罩代替广口瓶进行实验，原理相同。钟罩内氧气消耗后，水槽中的水会在大气压作用下进入钟罩中。向燃烧匙中加入红磷，在这个实验中对于红磷的量有何要求？
生：适量？少量？过量？
师：首先在选用红磷的量时要考虑到红磷在此实验中的作用：消耗氧气。为了可以将氧气消耗完全，应加入过量的红磷。
点燃进行现象的观察：侧重观察：1、红磷如何燃烧，产生了哪些现象
2、钟罩中的水又是如何变化的？
生：现象描述：红磷燃烧，产生大量白烟（而非白雾），放出大量热。冷却后，水进入钟罩约为其体积的1/5。
注意：观察水进入钟罩时需注意此时钟罩已冷却，若未冷却时钟罩内剩余气体还处于膨胀状态，影响实验结果。
结论：氧气约占空气体积的1/5。
师：那么剩余的4/5气体呢？通过这个实验可否证明出是什么气体？
生：不能，只能证明这剩余的气体不支持燃烧。
若实验成功：
师：很好，本次实验较为成功，其实在上新课之前，老师也试做了几次红磷燃烧实验，但其中一次的结果并不如现在如此乐观，我在钟罩冷却后发现钟罩内水位仍未达到钟罩体积的1/5，谁能帮我分析下原因？为何水进入钟罩不及1/5？（放照片）
若实验失败：
师：老师最担心的事情还是发生了，钟罩已冷却，而进入的水未到达钟罩体积的1/5，实验不成功，谁能分析下原因？
生：1、红磷不足，氧气未被完全消耗
2、装置气密性不好，导致水无法上升至钟罩的1/5处。
师：其实，早在18世纪，科学家们就已经在开始研究空气的成分了，大家把书翻到54页，一起来感受下科学们在探究过程中的艰辛与不易。阅读的同时，也请同学们找到科学家们在实验时采用了什么方法将氧气消耗尽，进行简单归纳。
生：拉瓦锡用汞（水银）将氧气消耗完全，连续加热12天，足以看出科学探究的不易。有剧毒，科学家在科学探究中必须要操作小心规范。曲径甑，汞槽中汞会上升至玻璃罩的1/5。拉瓦锡又锲而不舍，将红色物质收集加热，重新得到氧气。拉瓦锡必是经过多次实验，得到了他的结论：空气是由氮气和氧气组成的。而这一结论经过了一个世纪之多，才被推翻。证明了空气中含有氧气，氮气，还有其他气体。当我们看到书本上这简单的空气成分比例图时，其实他们都是科学家们坚持不懈努力的成果。
我们一起来学习下。空气中，氮气的体积分数占了78%，氧气约为21%，稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他气体和杂质0.03%。其中稀有气体包括：氦氖氩氪氙氡，由于他们性质不活泼，曾经一度被成为惰性气体。但目前发现稀有气体还是能够发生一些反映的。我们可以利用他们的不活泼的性质，应用于生活：填充气球，飞艇，制作霓虹灯。
今天这节课，我们尝试设计完成了探究空气的成分实验，学习了将氧气的体积这类难以直接测量的值转化为用水的体积这类容易测量的值，我们将这种方法称为转换法。比如说我们在上几节课中学习的如何证明大气中含有水蒸气，用的就是转换法。