化学 空气有什么组成 教案
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发布时间：2022-04-23 14:20
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时间：2023-09-30 17:30
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*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*银、*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。
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时间：2023-09-30 17:30
[摘要]：新的课程理念，强调教师是课程的开发者和建设者，教师可以创造性地进行教学促进学生的发展。笔者结合“探究空气的成分”教学实践，
新化学课程作为科学教育的重要组成部分，培养学生的科学素养，是化学课程改革的基本目标。而有效地落实这一目标的关键是将新课程理念转化为教师的教学行为，改变学生的学习方式，积极主动地开展科学探究活动，在化学教学中注重引导学生进行探究学习。下面是“探究空气的成分”教学实践中的有益尝试，愿与大家共同商讨。
1 设计思路
空气是人人都熟悉的物质，学生对空气的感性认识较多，适于引导学生开展探究性学习。对“探究空气的成分”教学思路是，引导学生从日常生活经验出发，用多种方式感知空气的存在，接着由学生举实例证明空气中含有的多种物质，进而提出探究空气中氧气的含量的任务。通过创设一个个生动而真实的问题情境，引领学生通过合作探究式的学习方式，来获得空气的成分的相关知识，体验科学的实验方法，形成科学的思想观念。
教学设计应以实验和讨论激发学生的学习兴趣，培养学生的探究习惯，使学生保持较高的学习热情，教师根据学生讨论情况，对无法入手的学生铺设问题台阶；对学生设计的其它可行方案安排到课后实验并书面展示结果（方案不一定要绝对正确，即使不能得到1/5的现象，也可以从中分析原因）。
刚刚步入初三的学生仍处在不善于发问、不善于质疑阶段，对待知识更多的是知其然而不知其所以然。在教学中，教师应善于启发、引导学生运用已有的知识体系，去探索未知领域的知识。在实验探究的过程中，教师要进行点拨、释疑、指导、小结，让学生在实践过程中逐渐摸索出科学的探究方法，逐步发展探究能力。
2 教学过程
2.1 创设问题情境，引发学生提出探究的问题
为引导学生认识空气，先通过录像，展示飞翔的大雁、奔跑的小鹿、凶猛的鲨鱼、怒放的鲜花、青翠的树林、登山运动员、潜水员……，后让学生做一个深呼吸，说明空气是人类和一切动植物的生命支柱，同时也是重要的自然资源。离开了空气，生命就难以存在。
学生在观看录像和亲身感受的基础上，认识到空气看不见也摸不着，但的确是存在的。引导学生提出探究的问题，即“你能用一个简单的实验或列举实例来证明它的存在吗？能‘捕捉’到它吗？”、“在小学常识课上，大家曾经学习过有关空气的知识。那么空气中含有哪些气体成分呢？如何证明这些气体的存在呢？”。探究是从问题开始的,结合一些富有启发性、挑战性的问题，能激发学生主动参与，积极思考，提高学习兴趣，变被动接受为主动探索。
2.2 注重学生已有经验，培养学生从“做”中获取知识和能力
学生的学习不是从空白开始的，已有的经验会影响现在的学习，探究的问题要从他们具有的知识和生活实际出发，让学生用心去感知、接受，在这一过程中，老师不能急于对每个问题给出答案，可以适时提供一些建议，引导学生参与到探索过程中去。这样不仅培养了学生的问题意识，而且让学生懂得观察和实验探究是主动获取知识的有效方法。在实验中，学生能用生活中的小经验和儿时的游戏来说明空气的存在，反映出了部分学生善于观察生活、善于思考问题的良好习惯。
学生在讨论、实验的基础上得出的结果是：
（一）证明空气存在的方法有
1：将塑料袋先弄瘪，再张开，扎紧袋口，袋子会鼓起来，用双手挤压塑料袋，感觉有压力，是因为塑料袋内充满了空气。
2：用医院打针用的针筒在空中抽拉一下，再向水中推挤，会看到有许多气泡从针头冒出，说明空气确实存在。
3：把一个空集气瓶放入盛满水的水槽，向下压，感觉有压力，水不全部进入瓶中，说明集气瓶内确实有空气。
4：用扇子扇一下，感觉有风，就是因为空气在流动。
5：风筝在天空中飞可以证明空气的存在。
（二）证明空气中含有的气体
1：有氧气。有的物质能在空气中燃烧。
2：有二氧化碳。向空集气瓶内倒入澄清的石灰水，振荡，石灰水浑浊，证明空气中确实含有二氧化碳。
3：空气中还含有水蒸气，酥硬的饼干暴露在空气中会变软。
4：夏天从冰箱中取出一瓶啤酒，过一会儿，瓶外出现许多小水珠，这也是空气中的水蒸气遇冷凝结而成的。
5：早晨的露珠也是空气中的水蒸气冷凝的小水滴。
探究学习方式不是让学生从老师那里直接得到结论，而是通过化学实验“做”出来的。
学生利用生活经验将知识与生活联系在一起，通过探究活动，亲自得出结论，参与并体验知识的获得过程，构建起对化学知识的新认识，增长了能力，提高了科学素养。
2.3 重视科学证据,培养学生质疑和反思的能力
寻求实证是科学探究过程中的重要特征。在化学探究学习过程中，学生通过证据的收集、从证据中提炼解释、将解释与已有的知识联系等一系列的训练，可以锻炼学生的推理及质疑和反思的能力，也使他们懂得科学探究是如何思考问题、如何工作及如何通过探究发展并获得新知识的。
教师投影科学家拉瓦锡的画像，拉瓦锡当时测定空气组成实验装置图，简单讲述实验过程。
下面呢，我想请同学们尝试解决一个问题：设计一个实验，粗略地测定空气中氧气的体积分数。请同学们相互讨论一下，然后请大家发表自己的见解。
〔教学体会〕经过创设情境激发学生的求知欲，明确提出探究的任务和目的，符合学生的学习需要。
学生讨论、情绪高涨
学生1：取一定体积的空气（一个集气瓶），把蜡烛点燃后伸入集气瓶中，熄灭后，用原来的总体积减去后来剩余的体积，即为氧气的体积，再通过计算，便可求出氧气的体积分数。
教师引导：我认为，这个同学抓住了关键——利用物质在空气中燃烧消耗氧气来测定空气中氧气的体积，真是难能可贵。其他同学对此有何看法？
学生2：按他的方案，怎样测定气体体积的减少量呢？
学生3：可以这样。用燃烧匙将一支蜡烛点燃，放入集气瓶中，待蜡烛熄灭后取出。然后将集气瓶倒置于水中，水进入集气瓶内的体积就是氧气的体积。
教师小结：我很欣赏这位同学的方案。他巧妙地运用物理学知识，利用倒吸入瓶内水的体积，明确地表达出被消耗氧气的体积，从而测出一定体积的空气内所含氧气的体积。很有创造性。下面，我请这位同学演示一下，看看他的实验结果与科学家的结论是否一致？
学生实验，演示结果是，水上升的体积约为集气瓶容积的1/10。
学生4：蜡烛燃烧放热，使剩余气体体积膨胀，所以液面上升的体积数偏小。也就是说，要等到装置完全冷却到原来的温度后，再观察。
（约过了2分钟后，观察结果误差仍很大）
实验过程的示意图如下：
〔教学体会〕出现该实验现象，学生感到困惑，思维受阻，教师及时给予提示，有利于引领学生的思维方向。
教师引导：想一想，蜡烛燃烧后生成物是什么？状态是什么？
学生5：蜡烛燃烧后生成了水和二氧化碳，二氧化碳是气体，占据了一定的体积，所以结果偏小。
教师提出问题：那怎么改进呢？
学生6：选用物质燃烧后不生成气体的可燃物。
教师讲授：很好。我给大家介绍一种可燃物—红磷，它在空气中与氧气反应生成一种白色固体。（展示红磷样品）现在，我们这个方案基本可以了。
演示实验如图所示：
（教师边介绍边演示课本中的实验2—1，学生观察红磷燃烧和水面变化的情况。）
通过实验，可看到在红磷燃烧时有大量的白烟生成。待集气瓶冷却后，打开止水夹，水进入集气瓶约占容积的1/5。
探究学习需要在“民主、宽松、和谐”的氛围中实施，只有这样才能发挥学生的主体作用，老师必要的、指导性的方法介绍和引导才能发挥作用。老师根据学生的讨论及时发现学生在认知和方法上存在的问题，并及时给予帮助和引导，如先经过讨论，明白可以在燃烧消耗氧气后用水的体积来间接感知氧气体积的道理，再用实验否定了用燃着的蜡烛进行实验的方案，经师生对误差原因的分析，明确了实验对可燃物的要求。这样不仅使学生从感性认识出发，通过生生、师生讨论分析，解决测定空气中氧气的含量的教学难点，同时有利于培养学生提出问题、分析解决问题的能力、以及反思评价实验方案的能力。
2.4 强化探究训练,培养解决实际问题的能力
在教学过程中,针对实验设计、实验过程、实验结果及时反思，可以增强学生的探究*，强化学生对探究过程的理解，训练学生的发散思维和综合运用知识分析解决问题的能力。
问题一：下面是测定空气中氧气体积含量的两个实验。
实验1：在集气瓶内预先装少量水，余下的容积5等分，做好标记，在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装足量的红磷，用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞（如右图1）。待红磷熄灭并冷却到室温后，打开弹簧夹。
实验2：将试管的容积5等分，做好标记。在试管中加入一小块（足量）白磷，用橡皮塞塞紧管口，将试管放入热水中，使白磷燃烧。等白磷熄灭并冷却到室温后，将试管倒立于盛有室温下水的水槽中（如右图2所示）并在水中将橡皮塞取下。
（1）写出红磷燃烧的文字表达式：_____________________________
（2）实验2中，在水中而不在空气中取下橡皮塞的原因是_________________________
（3）从测定结果分析，上述实验中效果较好的是哪一个？写出另一个实验的两点不足。
问题二：用来测定空气成分的方法很多， 右图1所示的是用红磷在空气中燃烧的测定方法。实验过程是：
第一步：在集气瓶中加入少量水，把余下部分划分为五等份，并做好标记。
第二步：止水夹夹住导气管，再点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧。
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5。
请回答下列问题：
（1）集气瓶中为什么要加少量水？
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可是 _______________、_______________________。
（3）某同学对实验进行反思后，提出了改进
方法（如图2所示 ），你认为改进后的优点是：________________。
〔教学体会〕课堂氛围积极向上，学生思维活跃，讨论激烈。不仅巩固了原有知识，而且加强了学生实验分析能力和实验设计能力，拓宽了学生的思维。
3 教学效果与反思
运用新课程理念指导本节课的教学实践，使学生在提出问题→明确我该怎样做→为什么这样做→我做的结果是什么的学习流程中，获取知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观三位一体的目标培养。教学实践使我们体验到本节课的教学具有以下特点：
3.1 将以教师为中心的封闭、静态的讲授过程转变为学生主动参与的开放式动态的学习过程 学生的学习活动不再是被动的听、记、背，而是动手、动口、动脑的主动探究行为。学生以提出问题和解决问题为主线，讨论设计实验方案，进行实验，将学习变为主动获取知识的过程。
3.2 将单一学科知识的传授转变为学生综合素质的培养 引导学生进行探究活动不是教学的最终目的，而是培养学生科学素养的重要手段。本节课是以“探究空气的成分”为载体，使学生在获取知识的过程中，乐于探究，勤于动手，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、分析和解决问题的能力、以及交流与合作学习能力。
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时间：2023-09-30 17:31
