空气的组成

  一、 设计思路 空气是学生在化学课上接触到的第一种物质，学生们在生活中可以从不同的途径获取有关空气的知识，因此使学生了解“空气的组成是什么”不是学习的重点和难点。我们都知道氧气的发现在化学史和科学史上具有极其重要的地位，不仅因为推翻了错误的燃素学说，给整个化学领域造成翻天覆地的变化，还因为研究过程中的实验方法的多样性和科学性。因此“空气”的重要意义在于能够提供一种化学情境，使学生开始了解化学的历史以及化学作为一个学科的意义，了解科学探索的过程，同时受到一些最基本的化学思维方式、实验方法、探究方法的熏陶并逐步学习这些比知识更鲜活的经验。 本节课的设计思想是在科学史的情境中，让学生进行探究的学习，培养学生的分析性、实用性、创造性三元思维，同时了解人类认识事物的曲折过程以及科学家的探索精神。教学流程是： 温故知新，了解空气→重走科学路，探究空气组成的历史→对空气组成的实验设计→实践上升为理论 探究是指利用丰富的史料，学生通过阅读、分析材料初步认识到科学家的实验模式，提出问题和假设，设计实验，分析数据，得出结论，体会科学的探究过程，并能够模仿此过程完成自己对空气组成的探究实验、做出报告。 二、教案 课题 空气的组成 授课人 陈  争 学校 北京市一零一中学 教学目标 1、知识与技能  通过引导学生分析科学家研究空气的实验和自主设计实验，帮助学生理解定性和定量的概念，理解纯净物和混合物的概念，掌握纯净物和混合物的性质，掌握空气的组成 。 2、过程与方法 通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法，包括控制变量对照实验的设计方法、定性实验和定量实验的设计方法、验证实验的设计方法以及比较、分类、归纳和演绎、分析和综合等基本的逻辑思维方法在化学中的应用，并通过设计实验验证空气的组成亲身体验科学探究的过程。 3、情感态度价值观  了解人类对事物的曲折的认知过程，认识到科学发现是经过艰难的探索的、任何成功都不是偶然的，培养从前人经验中获得知识、方法和经验教训的兴趣和愿望，体会科学发展和科学研究的重要性 重点和难点 1．通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法 2． 应用前人的经验，设计实验验证空气的组成。 教学方法 情境教学法、“探究的探究”教学法、实验法、小组合作学习教学法 仪器、药品 集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、烧杯、导气管、止水夹、火柴、气球、塑料瓶、试管、水杯、纸团；木炭、硫磺、红磷、铁丝、蜡烛等 教师活动 学生活动 设计意图 导入  温故知新，了解空气。 情境：录象《人与自然》片段 问题：我们知道 没有空气就没有人类，也没有生机勃勃的地球，请大家说说你所认识的空气 小结：（板书） 1．    空气是一种无色无味、难溶于水的气体。 2．空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。 讲故事：我们对于空气已经了如指掌了，现在我给大家讲一个笑话。 一位化学老师在自己的朋友面前大谈氧气的发现。这位老师说：“氧气是在18世纪才被发现的……”老师的朋友说：“既然这样，在此之前，人呼吸什么呢？” 问题：大家为什么觉得这位老师的朋友很可笑呢？ 过渡：我们现在所知道的关于空气的这点看起来很简单的知识，但事实上是经过许多科学家经过几百年的研究才获得的。 发言： 1．  1.空气由氮气和氧气组成的，氧气占1/5 2.空气是无色、无味的气体。       议论：空气原本就存在，只是人们没发现，而不是人们没发现之前，空气就不存在。 使用头脑风暴法调动学生回忆已有的有关空气的知识，扩充学生对于空气组成和性质的知识。 重走科学路，空探究气组成的历史 情境：动画《拉瓦锡的实验》（旁白：二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了1/5。他研究了剩余的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，又不能支持燃烧。 拉瓦锡又把红色粉末收集起来，放在另一个容器内加强热，得到了汞和可供给呼吸、可助燃的气体。 通过这些实验，拉瓦锡得出空气是由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。） 问题：“拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分”，是否只有拉瓦锡在研究空气，并且在十二天之内就研究成功了呢？ 阅读资料，组内讨论，分别汇报本组的想法和结论，并相互补充。分析并推测出表格空白的地方应该填写什么？（见表1）   通过抓取和多角度分析科学家实验的细节，探究其中的科学方法，培养学生的分析思维。通过对科学史的研究，了解化学的生动具体的创造过程认识到任何重要的定理，都是前人通过实践?认识?到实践，多次反复甚至多次失败，最后才得出的结果。 表1： 科学家 功绩 实验和现象 你的结论 伽利略 （意大利）   利用气泵使一个玻璃球灌足了空气，然后用天平称出它的重量；再把玻璃球下的活塞打开，发现玻璃球变轻了。   托里拆利 （伽利略的学生）   在一端封闭的长玻璃管中装满了水银，让开口的一端朝下插入装了一半水银的玻璃容器中，水银面的高度恰好是760毫米。   梅猷 （英国） 1674年 [实验1]点燃的蜡烛放在一块木板上，木板位于水面之上，然后用一个玻璃钟罩扣住蜡烛和水面。发现蜡烛在燃烧时，钟罩内的水面逐渐上升，最后，蜡烛火焰熄灭了，水面之上还存在一个大的空间。 [实验2]将一只白鼠装进另一个同样的装置内。发现随着白鼠呼吸时间的增长，水面在逐渐上升，到了最后水面再上升，而白鼠也就死亡了。 [实验3] 把燃着的蜡烛和白鼠同时装进这样的装置内。 现象：                              卢瑟福 1772年 [实验1]把老鼠放在密闭器皿里，等到老鼠被闷死以后，再用氢氧化钾溶液除去气体中的二氧化碳；接着他又在老鼠已经不能生存的那种空气里放进一支点燃的蜡烛，发现它仍能继续燃烧片刻；等到蜡烛熄灭后，又放进一小粒白磷，白磷仍能在其中自燃。 [实验2]在密闭器皿中用燃烧白磷的方法将空气中助燃成分除去，所得到的剩余气体完全不能维持老鼠和麻雀的生命。   舍勒 （瑞典） 1773年 [实验1]把硝酸钾放在曲颈甑中，曲颈甑的出口与一个膀胱做的气球相连。将曲颈甑放在炉火中加热，气球真的被一种气体充满了。把点燃的蜡烛放到气体中，气体燃烧得更猛烈了，放出耀眼的火光。 [实验2]将硝酸银、硝酸汞、氧化汞和软锰矿（二氧化锰）放在曲颈甑中加热，得到了同样的现象。   普里斯特利 1774年 [实验]用聚焦的太阳光来加热红色的氧化汞有气体产生，把点燃的干木条放入这种气体中，木条燃烧放出刺眼的光，老鼠放入这种气体中，老鼠过得非常舒服。他吸过这种气体以后，身心一直觉得非常舒畅。   讲解：同学们对科学家的研究都进行了自己的评价，并从科学家的实验中获得了一些启示和结论，现在我们就一起来看一看科学家们分别从自己的实验中获得了什么，以及科学史对他们的评价。 投影：如表2 观看投影，对比自己与科学家的结论。 表2 科学家 科学家的结论 功绩 给我们的启示 伽利略 空气是有重量的 证明空气的存在，空气是一种物质。 物质是有质量和压力的。 托里拆利 空气是一种物质，空气有压力 梅猷   玻璃钟罩内的物体X同时被烛火燃烧和白鼠呼吸所消耗。 证明空气的作用是助燃和助呼吸。 对比实验方法、空白实验方法、控制变量实验方法。 卢瑟福 空气中助燃的成分很难完全除尽。把剩余的不能维持生命的气体称为“浊气” 发现氮气 能将空气中氧气完全除去的物质是白磷。 舍勒   称助燃的气体为“火空气” 制得氧气并研究了其性质。 遗憾！他们二人都是燃素学说的忠实信徒，绝不肯对其产生一丝一毫的怀疑。美国科学家韦克斯说“普利斯特利是氧的父亲，但他至死也不承认自己的儿子。” 普里斯特利 他告诉拉瓦锡发现和制得了一种助燃和助呼吸的气体，这种气体的助燃能力比空气强得多。 拉瓦锡 在大气（指空气）中并不是所有的空气（指气体）都可以呼吸，只有金属焙烧时，与金属化合的那部分空气才是合乎卫生的（指氧气可供呼吸），另一部分空气不能维持生命和助燃。认为他和舍勒、普里斯特利制得的气体是一种新化学元素，在1777年定名为oxygene。 确定了空气的组成。   学生对空气组成的实验探究。 问题：我们回顾了空气探索的艰难。现在请大家想想拉瓦锡比其他人高明在什么地方？在探索空气的过程中最艰难的是什么？ 小结：（板书） 1．纯净物：只由一种物质组成是纯净物。纯净物可以用专门的化学符号表示。如氧气O2，氮气N2 2．混合物：由两种或多种物质混合而成的，这些物质之间没有发生反应，各自保持各自的性质。如空气。 鼓劲：同学们是否想自己亲自来探索一下看不见、摸不着的空气？ 情境： 设计实验 [探究任务]1、证明空气的存在；2、确定空气的组成。 [仪器、药品]集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、烧杯、导气管、止水夹、火柴、气球、塑料瓶、试管、水杯、纸团；木炭、硫磺、红磷、铁丝、蜡烛（若需其他仪器和药品，请提出）   发言：拉瓦锡的高明在于做了一个逆向实验，证明了氧化汞分解的气体存在于空气中，还在于他总结了前人的所有了发现，而且测定了准确组成——氧气占空气大约1/5。（教师：也就是说其他人所进行的测定是定性的，即知道是什么，而拉瓦锡进行的是定量的测定，不但知道是什么，而且要知道有多少） 发言：拉瓦锡最高明的是他不相信空气“只有一种气体”组成，不相信燃素学说，这应该是探索空气中最艰难的。（教师：也就是说空气是纯净物还是混合物，是研究的关键） 分小组讨论方案： [证明空气存在的方案] 1、塑料瓶口上套气球，捏塑料瓶，气球鼓 2、试管连接单孔塞和导气管，导气管另一端放入水槽，手捂试管，水槽中有气泡。 3、团一个纸团塞到水杯里，向下插入水槽里，再迅速拿出，纸不湿 [确定空气组成的方案] 梅猷的实验，提示学生选择仪器，并组装。 卢瑟福的实验，提示学生选择白磷作为将氧气消耗完全的药品，但教师没有提供白磷，所以不同组有不同的选择。 实验：检验自己的设计   应用从科学史中所获得的启示解决问题，建构自己的知识体系，培养学生的实用思维。 学生的实践上升为理论 问题：1、我们的实验中，为什么气体减少的体积不等于1/5？ 2、剩余的气体是否都是氮气？ 3、实验中空气表现出了哪些性质，是哪种物质的性质？ 作业1：完成空气存在和组成的探究报告 作业2：设计实验研究氮气和氧气的性质，并推测氮气和氧气的性质，根据氮气和氧气的性质得出用途。 作业3：科学家们发现土卫六与40亿年前的地球很相似，土卫六也拥有大气，如果你是科学家，打算怎样研究土卫六的大气？ 完善自己的知识体系，培养学生分析思维。 将学习到的经验应用于未知事物的探索，为学生的创造提供空间。 板书设计 课题1   空气 一、空气 1．    性质：空气是一种无色无味、难溶于水的气体。 2．组成：按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。 3．纯净物和混合物 （1）纯净物：只由一种物质组成是纯净物。纯净物可以用专门的化学符号表示。如氧气O2，氮气N2 （2）混合物：由两种或多种物质混合而成的，这些物质之间没有发生反应，各自保持各自的性质。如空气。