空气的成分教学设计

教师活动

学生活动

设计意图

（展示一只空烧杯）烧杯中有什么？

今天，我们一起进一步认识空气。

一、空气的组成

头脑风暴：你对空气知道多少？请同学们尽可能多地提出有关空气的问题。

学生可能提出的问题：①为什么空气看不见而又摸不着？②怎么证明空气确实存在？③空气由什么物质组成？④空气是由一种物质组成的？还是由多种物质组成的？⑤如果空气是有多种物质组成的，那么这些物质是什么？其含量是多少？⑥为什么风景区的空气比较清新，而一些大城市特别是一些大工业城市的空气质量比较差？⑦为什么有的物质在空气中燃烧？……

（在学生描述提出的问题时，及时对不规范的语言加以更正）

教师引导：今天，我们将一起探究空气的成分。主要解决你们提出的下列问题：②怎么证明空气确实存在？③空气由什么物质组成？④空气是由一种物质组成的？还是由多种物质组成的？⑤如果空气是有多种物质组成的，那么这些物质是什么？又分别有多少？

【实验探究1】想一想，根据你日常生活中的经验，还有哪些办法能证明空气确实存在？请同学们设计一个简单的实验，证明空气的存在。

设计方案： 提供学生水槽（装有大半槽水）、小烧杯、一杯饮料（配吸管）及其他仪器若干，引导学生设计方案，并进行交流，比较各种方案的优缺点，再确定比较好的方案进行实验。

学生一般能提出的简易方案可能有上图所示的几种。

实验验证：指导学生完成实验。

获取结论：空气是客观存在的。

学生思考并回答

学生讨论，交流，再描述提出的问题

学生分组讨论、交流，比较各种方案的优缺点，

学生进行实验，对实验的现象加以描述，并做出结论。

以有关空气的故事或有关空气的趣味实验导入，迅速拉近学生与化学的距离，产生对化学的亲近感。

以头脑风暴的探索形式，激发学生的问题意识，培养学生的发散性思维。

设疑，激发起学生的学习兴趣。

培养学生的团队合作精神及对实验设计的评价能力

【实验探究2】空气的成分

主题设置：我们生活的环境中有空气，人类的生活离不开空气，空气是一种重要的自然资源。那么空气是由什么组成的？它是由一种物质组成的？还是由多种物质组成的？如果空气是由多种物质组成的，则空气中含有哪些物质？

提出假设：学生根据生活经验提出空气是由多种物质组成的假设。

收集证据：根据已有知识，联系生活经验，收集到的证据可能有：①动物进行呼吸作用需要氧气，并放出二氧化碳；②植物进行光合作用要吸收水和二氧化碳，并放出氧气；③煤等燃料燃烧需要消耗氧气并放出二氧化碳；④夏天，从冰箱里拿出冰矿泉水，片刻后，矿泉水瓶外壁就会有水珠凝结；⑤酥脆的饼干在空气中长时间放置会受潮变软……

做出结论：空气中含有氧气、二氧化碳、水蒸气和其他杂质（如尘埃）等多种物质。

思维延伸：空气中还有其他成分吗？

自主学习：引导学生学习科学家对空气成分的研究过程。

1、通过对拉瓦锡研究空气成分的实验过程，你有何感想？

2、拉瓦锡通过这一实验得出了什么结论？

3、拉瓦锡得出的结论有无不足 

开拓视野：稀有气体的发现史。

获得结论：空气中含有氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等多种成分。

根据已有知识，联系生活经验，收集证据，进行归纳并得出结论

学生自主学习拉瓦锡探究空气成分的实验

1.了解拉瓦锡研究空气的实验所表现的科学态度

2.了解拉瓦锡得出的“空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气体积的1/5”的结论，体会其实验原理

3.了解空气中还有各种稀有气体等其他成分，认识拉瓦锡的结论中的不足

培养学生自主学习的能力

1.培养学生的科学探究精神

2.使学生初步了解空气的主要成分。

3.告诫学生不迷信权威，树立“学无止境”的思想。

利用化学史进行严肃认真，敢于创新的优良品质的教育。

【实验探究3】空气中氧气含量的测定

主题设置：大家对空气的认识主要来自生活常识，空气中还有其他的成分吗？空气中的氧气、二氧化碳等气体的含量又分别是多少呢？能否测定出广口瓶中氧气的体积？

设计方案：

①想办法把氧气拿出来，直接测氧气的体积；

②换一个矿泉水瓶子，再想办法把瓶内的氧气消耗掉，看瓶子变瘪了多少；

③利用拉瓦锡的实验方法再进行实验；

…………

教师引导：给出如下图所示装置，让一学生吸气，并观察现象。

思维迁移：仿照此实验，提供如下图的实验装置及红磷，我们能否利用它来测定氧气体积呢？

实验探索：指导学生完成实验2-1，观察现象并思考：

1.（如上图）向集气瓶内装入少量水，并作上记号d。并将广口瓶从b－d处分为五等分，做好记号。

2.向燃烧匙中加入稍过量的红磷，关闭c处的止水夹后，点燃红磷，立即伸入瓶中，并塞紧。

3.提示学生观察红磷燃烧现象。

4.冷却后，打开止水夹，再由学生观察现象。

5.进入广口瓶中的水的体积相当于原广口瓶内空气中哪种气体的体积？

学生讨论。

学生在老师引导下进行实验，并解释实验原理

【学生思考】水为何会进入集气瓶中，进入集气瓶中的水的体积取决于谁的体积？

学生分组讨论，并报告讨论结果。

学生观察红磷燃烧的现象：红磷燃烧时产生黄色火焰，放出大量热量，并有大量白烟，最终燃烧停止。

学生观察：打开止水夹后，烧杯中的水进入广口瓶中，约占红磷燃烧前瓶中空气体积的1/5。

学生分组讨论后，各组派代表回答。

通过实验增强感性认识，解决学生的疑难

培养观察能力及思考能力

培养分析能力及团队合作精神，增进学生间友谊和凝聚力

科学分析：

指导学生通过自主阅读，明确：

①上述实验中，红磷燃烧时与广口瓶内空气中的氧气发生了反应，生成了叫做五氧化二磷的固体。上述实验中的大量白烟就是生成的五氧化二磷的固体，该固体沉降后溶解于水中。因此白烟最终消失。

②打开止水夹后，烧杯中的水进入广口瓶的原因。

③进入广口瓶中的水的体积相当于原广口瓶内空气中哪种气体的体积？空气中氧气的体积分数约为多少？

④广口瓶内余下的气体主要是什么？它有何性质？

探索交流：引导学生对实验中的问题进行交流。

形成结论：

a.由于过量的红磷燃烧时耗尽了广口瓶内空气中的氧气，使瓶内气体减少，压强降低，打开止水夹后，烧杯中的水就会进入瓶中。而且广口瓶内氧气被消耗多少，进入瓶中的水就有多少。因此，从烧杯中进入广口瓶的水的体积就相当于原瓶内空气中氧气的体积。

b.氧气约占空气总体积的1/5。

c.广口瓶内余下的气体主要是氮气，它不能支持燃烧。

做这个实验时如果①装置气密性不好；②红磷不足，没有把氧气耗尽；③没有等到冷却就打开止水夹，那又会出现怎样的结果呢？

思维点拨：完成这个实验的关键是：红磷的用量要充足，要保证能够将瓶内氧气耗尽；整个装置气密性要好，不能漏气；要注意待集气瓶冷却至室温时再打开止水夹。

反思与评价：按上述方法测定空气中氧气的含量，你认为还有何不足？红磷可否用木炭等其他物质代替？

学生体会实验原理并从中得出正确的实验结论。

学生再次进行讨论并得出结论。

学生讨论后得出：上述体积是估算的，存在较大误差。

培养学生的表达能力，在交流中取长补短。

激发学生的探究欲。

培养学生对实验的评价能力。

【实验探究4】测定空气中氧气的含量的药品选择及量化测定

提出假设：药品可以用其他物质（如木炭、硫等）代替。

教师提供：右图装置（广口瓶容积约为400 mL）、10 mL量筒、100 mL量筒、500 mL量筒，以及水、红磷和木炭等仪器和药品

方案设计：指导并启发学生设计较准确地测定空气中氧气的体积分数的实验装置及活动方案

引导学生讨论应解决的问题：

①实验前怎样准确测定图2-3丁中广口瓶内空气的体积？

②实验后怎样准确测定图2-3丁中进入广口瓶中水的体积（即氧气的体积）？

实验探究：指导学生分组进行实验：甲组选用红磷、乙组选用木炭进行实验，并作好数据处理。

学生经讨论后提出对应的方案：

①将水注入广口瓶至图中b处，再全部倒入到500mL量筒中；

②将进入广口瓶中的水全部倒入到100 mL量筒中。

学生再进行实验测定。

学生将实验过程中获得的数据填入表中。

掀起高潮，进一步激发学生的探究欲。

培养学生的实验设计、操作、数据处理等综合能力。

现象与解释：针对甲组实验基本成功，而乙组实验完全失败（烧杯中的水基本上没有进入广口瓶中），引导学生进行讨论乙组实验失败的原因

在学生讨论遇到困难时老师提示：木炭燃烧时生成了二氧化碳气体。

结论与反思：上述实验中，广口瓶中的固体应选择什么样的可燃物？

总结与交流：引导学生对利用上述装置测定空气中氧气的含量时的注意事项进行交流与总结：①装置气密性要良好；②实验应选用反应后不生成气体的物质（如红磷）；③红磷要稍过量，以耗尽广口瓶中的氧气；④应等装置冷却到室温后再打开止水夹。等等。

学生讨论，总结出乙组失败的原因：木炭燃烧后生成的是气体，使得广口瓶中的气体没有减少，压强没有降低，烧杯中的水就不会进入广口瓶中。

学生作出结论：不能用燃烧后产生气体的可燃物。学生交流实验心得

激发学生的求知欲望。

【小结】

①空气不是单一成分的物质；

②空气中有1/5体积的氧气，剩余气体不支持燃烧；

③空气的组成（强调体积分数）。

学生阅读教材：空气成分氮气 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%。

增强记忆。

【总结】

1.空气中氧气的含量测定实验及注意事项；2.空气的组成。