九年级上册（2014年6月第3版）《第2节化学研究些什么》集体备课教案设计

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初中化学教材第二章第一节内容，由多种物质组成的空气，其重点就是探究空气中氧气的体积分数。教材中设计了一个实验，即用红磷在盛有空气的集气瓶中燃烧，根据倒流入集气瓶的水的体积，来确定空气中氧气的体积分数大约是五分之一。该实验操作简单，现象明显，但误差较大，大气污染比较严重。

在教学过程中，利用这个实验引导学生对测定空气组成的实验进行科学探究，引导学生探究以下几个问题：（1）实验药品的选择（2）实验装置的选择（3）操作要领的把握（4）如何消除大气污染。让学生在实验探究中掌握学科知识，把握实验技能，学会科学合理地选择正确的实验方案，进行科学实验改进，培养学生的实验能力。

一、介绍空气成分发现史

18世纪70年代，瑞典科学家舍勒和英国化学家普利斯特里，分别制得了氧气。当时人们并不知道燃烧和金属生锈与氧气作用的结果，1774年法国化学家拉瓦锡用金属燃烧实验证明燃烧是金属与空气中的“上等纯空气”作用的结果，并发现了金属燃烧后余下的“空气”不支持燃烧和呼吸。第一次明确提出空气是由氧气和氮气组成的。1892年英国物理学家瑞利在研究氮气密度时，发现从空气中分离出来的氮气密度（1.2572g/L）与分解含氮物质制得的氮气密度(1.2508g/L)之间总有一个微小的差异，瑞利没有放过这一微小的差异，他与英国化学家拉嫫塞合作，经过两年多精确地实验研究和推理分析，终于发现在空气中还存在着一种极不活泼的气体“氩”，接着许多科学家研究发现，空气中还含有氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体。学生在了解知识的同时，感受科学家的严谨科学态度，孜孜以求的探究精神，激发学生的学习兴趣和探究热情。

二、介绍拉瓦锡的实验原理

拉瓦锡是利用汞在空气中加热试验，发现了空气的组成。当时，拉瓦锡将汞放在密闭容器曲颈甑中加热，在反应结束后，发现水槽内的汞倒流入曲颈甑内，且约占整个曲颈甑整个容积的五分之一，这种占空气体积约五分之一的气体较活泼，称之为氧气，余下气体不能与汞反应，这部分气体性质较稳定，难溶于水，称之为氮气。

分析：汞与氧气反应生成的氧化汞是固体，容器内气压减少，倒流入容器内的汞的体积就是原氧气所占的体积。

拉瓦锡测定空气组成的实验中，因为汞蒸气是有毒的，在实验室做这样的实验不安全，而且装置比较复杂。所以，我们必须对该试验加以改进。

用红磷测定空气中氧气的含量

将集气瓶的容积划分成五等分，并加以标记；在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装满红磷，将胶管上的止水夹加紧，把燃烧匙内的红磷在酒精灯火焰上点燃，并迅速伸入集气瓶内，塞紧瓶塞；待集气瓶冷却到室温后，把导管插入盛满水的烧杯中，打开止水夹，观察现象。学生观察到：红磷燃烧产生大量白烟，打开止水夹后，烧杯内的水倒流入集气瓶中，且约占集气瓶容积的五分之一。

分析：该实验过程中产生的白烟有部分扩散到了空气中，会造成大气污染；如果红磷量不足、燃烧匙伸入瓶内速度太慢、止水夹没有加紧、装置漏气、没有等到集气瓶冷却就打开止水夹等都会造成误差。根据实验原理分析药品的选择上可不可以改用硫、碳、铁丝、镁带、蜡烛等等；对现有的实验装置可以作何改进。针对以上分析，进行分组实验，要求学生注意观察现象，进行讨论分析。

四、选择不同药品进行分组测定空气中氧气含量

第一组实验：把加热后的细铁丝伸入集气瓶内

第二组实验：把燃着的硫粉伸入集气瓶内

第三组实验：把燃着的木炭伸入集气瓶内

第四组实验：把点燃的镁带伸入集气瓶内

第五组实验：把燃着的蜡烛伸入集气瓶内

通过实验发现，第一组铁丝不能燃烧，第四组实验中倒流过来的水远大于五分之一，第二、三、五组实验中倒流过来的水远小于五分之一。

分析：铁丝在空气中不能燃烧，必须在纯氧气中才能燃烧；镁带的活泼性较强，不仅能与空气中的氧气反应，而且能与空气中的氮气、二氧化碳反应；硫、碳、蜡烛燃烧都会产生新的气体，而且硫燃烧产生的二氧化硫会造成大气污染。所以在选择药品时必须选择能与空气中的氧气反应，且只与空气中的氧气反应的物质，生成物还不能是气体。

通过分析发现含硫和含碳的物质燃烧时，产生的气体都会对实验造成误差，所以不能选择用来测定空气中氧气的含量。但是如果能找到适当的药品，来吸收生成的气体是否就可以了呢。

改进实验一：在集气瓶内预先放足量的氢氧化钠溶液，再把燃着的木炭伸入集气瓶内。

改进实验二：在集气瓶内预先放足量的氢氧化钠溶液，再把燃着的硫伸入集气瓶内。

改进实验三：在集气瓶内预先放足量的氢氧化钠溶液，再把燃着的蜡烛伸入集气瓶内。

实验发现一、二实验中的结果比较接近五分之一，而第三个实验中，倒流过来的水的体积明显小于五分之一。在实验结束后的集气瓶内，伸入燃着的红磷，发现红磷可以继续在瓶内燃烧，说明蜡烛在空气中燃烧时并不能完全消耗瓶内的氧气，所以会导致测定值偏小。

根据实验和分析，发现选择磷在氧气中燃烧，来测定空气中氧气的含量是相对比较准确的，但是，实验过程中，不可避免的会造成大气污染和实验误差，所以我们又可以带学生对实验装置的改进进行分析探究。