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第四单元　我们周围的空气
第一节　空气的成分
设计说明 空气学生并不陌生，在了解空气组成的基础上通过设计实验测定空气中氧气含量，学生结合压强方面的知识，理解测定空气中氧气含量的实验原理，通过实验了解实验注意事项和引起误差的原因。空气污染对于人类的危害也是学生经常见闻的，自己亲手做实验来比较通风不畅的环境与通风良好的环境的空气的质量，会带给学生从未有过的体验，当学生真正认识了空气的成分，了解了空气中各种成分的重要用途，他们自然就会把空气当成一种重要的自然资源来对待。 教学目标 【知识与技能】 1.能说出空气的主要成分及各主要成分占空气总体积的体积分数。 2.学会用实验探究空气中氧气的体积含量。 3.认识空气质量报告。 4.在分析空气组成的基础上，初步认识混合物、纯净物的概念。 【过程与方法】 1.通过测定空气中氧气含量的探究活动的设计，了解科学探究的程序，培养科学探究、自主学习以及交流与合作的能力和意识。 2.通过实验探究和阅读,培养求异思维、创新思维的能力和意识。 【情感、态度和价值观】 1.通过实验探究体验到实验是化学学习的重要手段，树立科学探究意识和实事求是的科学精神。 2.结合社会生活了解空气是一种重要的资源，增强关爱自然的意识和责任。 重点难点 教学重点 1.探究空气中氧气的含量。 2.让学生认识空气对人类和自然界中动植物的重要意义。知道空气是自然资源。 3.空气的污染和危害。 教学难点 1.初步理解测定空气中氧气含量的实验原理及相关误差分析。 2.设计实验方案，测定不同环境中空气的成分。 教学方法 1.主要采用问题探究来设计教学，始终贯穿“设置主题——分析思考——实验探究——总结交流”的教学流程，积极引导学生进行自主学习、合作学习和探究学习，努力培养学生的动手能力和探索精神。 2.通过实例讲解和学生阅读的方式让学生了解空气是一种重要的资源以及空气污染问题。 教具、学具 计算机多媒体教学系统、CAI课件等。 铜粉、硬质玻璃管（相同规格2支）、橡皮塞（带玻璃导管及不带玻璃导管各2个）、量筒、酒精灯、铁架台（带铁夹）、气球、注射器。 酒精灯、注射器、玻璃管（内有细铜丝）、火柴、塑料瓶、澄清石灰水。 授课时数 2课时 第一课时　空气的组成 教学过程 导入新课 光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。 由此我们知道空气中含有氧气、二氧化碳和水，小学的时候我们学过空气的主要成分是氮气和氧气，那它们各自的含量是多少呢？今天我们就具体学习一下。 讲授新课 一、认识空气的组成 1.空气成分及含量 氮气 约78% 氧气 约21% 氩气 约0.934% 二氧化碳 约0.034% 其他气体 约0.002% 空气的成分一般来说是比较固定的，但由于空气污染改变了空气的成分，所以空气成分随地区的差异而不尽相同。 由于空气是无色、无味的气体，人类对空气成分的认识经历了一个漫长的过程。后来人们经过大量的实验得出了空气是一种混合物，例如法国著名化学家拉瓦锡的实验。 让学生阅读76页多识一点　空气成分的发现 拉瓦锡的实验证明了什么，其中涉及哪两个化学变化？ 学生讨论、交流，再解答提出的问题。 （1）拉瓦锡的实验证明了空气是由氧气和氮气组成的，其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。 （2）汞和氧气在加热的条件下生成氧化汞；氧化汞在加热条件下生成汞和氧气。 通过课件展示拉瓦锡发现氧气的装置。 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组成。他把少量汞放在密闭的容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积差不多减少了1/5。他研究了剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他误认为这些气体全部都是氮气。通过实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。 讨论：下列事实说明空气中含有什么成分？ 1.利用空气制造氮肥。 2.小白鼠在装有空气的密闭容器中可存活一段时间。 3.夏天盛放冰棒的杯子外壁上面附有一层水珠。 拉瓦锡通过实验得出氧气约占空气总体积的1／5，那么我们能否通过实验证明呢？思路是什么？ 教师提示 思路1：将其他气体除去，只剩下氧气，测定氧气体积。 思路2：将氧气除去，然后通过减少的体积来测定氧气的体积。 药品的选择： A.铜+氧气→氧化铜（黑色固体） B.碳+氧气 →二氧化碳（无色气体） C.镁+氧气→氧化镁（白色固体） D.蜡烛+氧气→二氧化碳+水 E.磷+氧气→五氧化二磷（白色固体） 学生思考、教师归纳：可以用铜粉、磷粉，选择只能与氧气反应，而不与其他气体反应且生成物为固体的物质。 实验探究4-1　测定空气中氧气的含量 【讲述】我们来分析一下思路2的实验原理、实验装置、实验步骤、实验现象、实验结论等。 实验原理：铜受热时与空气中的氧气发生反应，导致密闭容器内气体减少，压强减小，从而测出实验后装置内减少的气体的体积，即为空气中氧气的体积。 实验装置：铜粉、硬质玻璃管（相同规格2支） 、橡皮塞（带玻璃导管及不带玻璃导管各2个）、量筒、酒精灯、铁架台（带铁夹）、气球、注射器。 实验步骤： ①测量玻璃管的容积。 ②在另一相同容积的干燥硬质玻璃管中装入足量铜粉，两端塞上橡皮塞，其中一端用小气球密封玻璃管口。 ③移动注射器活塞，在注射器中留下一定体积的气体，记录体积后插入橡皮塞中。 ④根据酒精灯的高度，将玻璃管固定在铁架台上。 ⑤点燃酒精灯，先预热，后对准有铜粉的部位加热，同时不断推拉注射器活塞。 ⑥停止加热后，待玻璃管冷却至室温，将气球内的气体全部挤出。待注射器活塞稳定后，记录注射器中气体的体积。 实验现象：玻璃管内的铜粉由红色逐渐变为黑色，待装置冷却后，观察到注射器活塞向内移动。 实验结论： ①空气中，O2约占空气总体积的五分之一。 ②该实验证明剩余的气体（主要是N2）化学性质稳定，不能与铜粉反应。 ③该实验证明空气是多种物质的混合物。 组织讨论：请同学们根据刚才的实验仔细分析下面几个问题。 （1）实验时铜为什么要足量？ （2）加热时为什么温度要高、时间要长？ （3）为什么要等装置冷却后再读数？ 教师总结：任何实验都可能会有误差，我们实验时一定要尽最大可能缩小实验误差，如果铜的量不足，温度不够高或加热时间不够长以及没等装置冷却后再读数都可能对实验造成误差，下面我们来具体分析一下。 ①装置漏气，结果偏小。 ②铜粉用量不足，结果偏小。 ③加热温度达不到反应温度，结果偏小。 ④加热时间太短，反应不充分，结果偏小。 ⑤反应结束后，没有冷却到室温就开始读数，结果偏小。 我们还可以采用红磷燃烧法来测定空气中氧气含量，下面请同学们看一下利用红磷燃烧法测定空气中氧气含量的装置。 实验现象：红磷燃烧，冒出大量白烟，烧杯中的水倒流进集气瓶，液面约为集气瓶剩余容积的1/5。 实验结论： ①氧气约占空气总体积的1/5。 ②氮气不能燃烧，也不支持燃烧（不与红磷反应），且不溶于水。 实验注意点： ①装置必须密封好，不能漏气；否则，引起测定结果偏小。 ②红磷必须过量，完全消耗掉集气瓶内的氧气；否则，引起测定结果偏小。 ③不能用木炭、硫粉等代替红磷。木炭和硫粉燃烧产生气体，占据氧气的体积。 ④实验前，要夹紧弹簧夹；否则，引起测定结果偏大。 请同学们课下分析，这种方法测定空气中氧气含量与我们刚才测定空气中氧气含量有什么不同？各自的优缺点是什么？ 当堂达标 1.空气中按体积计算，含量最多的气体是（　　） A. 氧气　　　　 B. 氮气　　　 C. 二氧化碳　　　 D. 稀有气体 答案：B 2.在100 L空气里氧气的体积大约是（　　） A. 78 L　　　　 B. 78%　　　　C. 21 L　　　　　 D. 21% 答案：C 3.欲除去密闭容器中空气中的氧气，且不产生其他气体，可选用的物质是（　　） A. 红磷　　　　 B. 铝粉　　　 C. 铁丝　　　　　 D. 木炭 答案：A 4.用如图所示的实验测定空气中氧气的含量，下列操作会使测定结果偏大的是（　　） A. 装置漏气 B. 药匙中放入的红磷量不足 C. 点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞 D. 红磷燃烧结束后，没等装置冷却就打开弹簧夹 答案：C 5.（2019 淄博）以下四个实验装置，可用于“测定空气中氧气的含量”。请认真分析，回答下列问题。 　　　　 A　　　　　　　　　　　　　　　　　B 　　　　　 C　　　　　　　　　　 D （1）拉瓦锡用装置_____（填写字母）定量研究了空气的成分，在密闭容器中，空气中的氧气与__________反应，生成固态物质。人们沿着科学家的足迹，对反应物进行了优化，分别用铜粉、红磷等进行实验，其原理都是采用______（填“物理”或“化学”）方法，从混合气体中除去某种气体，从而达到实验目的。 （2）实验过程中，需要不断推拉注射器活塞的装置是________（填写字母），利用此装置进行实验，可能造成实验误差的因素是______________________（答一条）。 （3）装置C、D的实验都用到了红磷，写出反应的文字表达式__________ ____________________________；反应结束后，待装置冷却至室温，打开弹簧夹，装置D（试管容积为40 mL）中，注射器活塞从10 mL刻度处缓慢移动至约____________mL刻度处停止（误差忽略不计）。 答案：（1）A　汞　化学　（2）B　反应前后气球的体积不相等（合理即可）　（3）磷+氧气五氧化二磷　2 板书设计 第一节　空气的成分 第一课时　空气的组成 一、空气的成分 氮气　约78% 氧气　约21% 氩气　约0.934% 二氧化碳　约0.03% 其他气体　约0.002% 二、空气中氧气含量测定的实验 药品：铜 实验现象：铜由红色逐渐变为黑色，冷却后，注射器活塞向内移动 文字表达式：铜+氧气氧化铜 结论：氧气约占空气总体积的五分之一 第二课时　空气是一种重要资源　关注空气质量 教学过程 导入新课 提问: 1.通过上节课的学习，我们已经了解了空气的主要成分。请回忆一下，总结空气的成分及其含量。 2.金属丝可做导线因为金属能导电，金刚石硬度大可以做玻璃刀。物质的用途由什么决定？ 总结:物质的性质决定物质的用途，物质的用途体现物质的性质。 讲授新课 一、空气中各成分的分离 空气不仅是生命赖以存在的物质基础，还是人类生产活动的重要资源，空气中的各种成分具有广泛的用途。在工业上，通过降温加压使空气液化，然后加热液态空气，利用空气中氧气、氮气、稀有气体的沸点不同，使它们在不同温度下气化，逐一从空气中分离出来。 我们已经知道了空气是一种重要的资源，我们从空气中分离出氮气、氧气、稀有气体等就是为了满足我们人类日常生活中的应用。那么氮气、氧气、稀有气体到底有哪些用途呢？ 我们通过阅读课本来一起了解一下。 二、空气是一种重要的资源 【组织讨论】请同学们阅读课本，总结氧气、氮气、稀有气体的用途。 1.氧气 （1）供给呼吸，可用于医疗、潜水、登山、航空等。 （2）支持燃烧，可用于气焊、炼钢等。 2.氮气 （1）物理性质：没有颜色，没有气味的气体，在标准状况下密度比空气略小，难溶于水。 （2）化学性质：不活泼，一般情况下它不支持燃烧也不供给呼吸。 （3）用途：①用氮气做灯泡（经久耐用）或食品包装（延长食品的保质期）的填充气。 ②液态氮气用于医疗手术（冷冻细胞，杀伤细胞，防止癌细胞扩散）。 ③用氮气制氮肥、人工固氮，工业制氨气。 3.稀有气体 稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡等。通常状况下，稀有气体是没有颜色，没有气味的气体，难溶于水。化学性质很不活泼，但在一定条件下也能与某些物质发生化学反应。稀有气体的用途可归结为以下两个方面。 ①作为保护气：焊接金属时用来隔绝空气，灯泡中充稀有气体使灯泡耐用。 ②制成多种电光源，如航标灯、强照明灯、闪光灯、霓红灯等。 三、关注空气质量 展示洁净的空气和被污染的空气的图片。 同学们对比这两幅图片，有何感想或启示吗？ 通常情况下，空气中各成分的含量保持相对稳定，但随着人类活动的增加，特别是工业生产和交通运输产生的废气源源不断地排放，使空气中有害气体和烟尘含量不断升高，导致空气质量下降。那么空气污染物的来源和种类有哪些呢？ 1. 空气污染物的种类及来源 凡是能使空气质量变差的物质都是大气污染物。二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、可吸入颗粒物等是常见的空气污染物。空气污染的来源有： 工业污染、生活污染、交通污染、农业污染等。其实不同地区可能污染物的种类是不同的。 空气污染物随时间和地点的不同而发生变化。 现在我们以无毒的二氧化碳来探究不同地区二氧化碳含量的差别。 【实验探究4-2】 （1）利用课余时间，用气球、塑料袋或塑料瓶收集至少 3 种气体样本，如田野或树林中的空气、久未开启的地窖或人流密集商场中的空气、自己或他人呼出的气体、机动车尾气等，留作课堂实验时使用。 注意：收集气体样本的过程中一定要注意安全，切不可让自己置身于危险中。 （2）将课前收集的各种样本气体中分别通入盛有澄清石灰水的试管中，观察现象。 序号样本气体来源实验现象实验结论1田野几乎不浑浊含二氧化碳少2久未开启的地窖浑浊含二氧化碳多3汽车尾气非常浑浊含二氧化碳较多
思考： ①你是如何控制实验条件、保证对照实验的可比性？ ②实验结果对我们有哪些启示？ 注意： ①收集到的气体样品要体积相同；保证澄清石灰水的浓度、质量相同；保证通入澄清石灰水中气体的速率一致。 ②在人员少和现代技术应用少的区域空气的质量好，很多区域的空气受到了污染，我们应还自然洁净的空气。 目前，有关部门通过各种媒体向社会发布空气质量报告，以使民众及时了解当地和全国各主要城市的空气质量状况。空气质量日报包括空气污染指数、首要污染物、空气质量级别和空气质量状况。 2.空气污染指数 空气污染指数（API）是将几种空气污染物的含量按照一定的方法处理，变成0～500之间的数字。目前计入空气污染指数的污染物有：二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、可吸入颗粒物、总悬浮颗粒物等。 组织讨论：请同学们仔细阅读表格，分析空气污染指数和空气质量的关系。那不同空气质量级别对人体健康造成的影响有哪些呢？ 空气污染指数空气质量级别对健康的影响标志颜色0～50Ⅰ空气质量优。不存在空气污染问题，对公众的健康没有任何危害绿色51～100Ⅱ空气质量良。除极少数对某种污染物特别敏感的人以外，对公众健康没有危害黄色101～150Ⅲ（1）轻微污染。对污染物较敏感的人群，如儿童和老年人、呼吸道疾病或心脏病患者，健康会受到影响，对其他健康人群基本没有影响橙色150～200Ⅲ（2）轻度污染。几乎所有人的健康都会受到影响，对敏感人群的不利影响尤为明显红色201～300Ⅳ中度污染或中度重污染。所有人的健康都会受到比较严重的影响紫色>300Ⅴ重度污染。所有人的健康都会受到严重影响。甚至出现危急情况栗色
总结：空气污染指数越小，空气质量越好。 既然空气污染会不同程度地对我们的身体健康造成危害，那我们如何防治空气污染呢？ 4. 防治空气污染的措施 总结：（1）减少污染物排放量；（2）合理规划工业区与非工业区；（3）加大植树造林力度。 保护空气的直接、有效的方法是植树造林。 当堂达标 1.空气是人类的宝贵资源，下列有关空气的说法中错误的是（　　） A. 空气的成分按体积计算，含量最多的气体是氮气 B. 空气是混合物 C. 氧气具有可燃性 D. 稀有气体的化学性质不活泼 答案：C 2.下列关于氮气用途的说法错误的是（　　） A. 制造硝酸和氮肥的重要原料 B. 食品包装中充入防腐 C. 灯泡中充氮气延长寿命 D. 氮气支持燃烧 答案：D 3.空气是一种宝贵的自然资源，下列气体不可直接从空气分离获得的是（ ） A. 用作医疗急救的氧气 B. 用作焊接保护气的稀有气体 C. 用作食品防腐剂的氮气 D. 用作清洁燃料的氢气 答案：D 4.霓虹灯能发出五颜六色的光是由于充入了哪种气体（　　） A. 氧气 B. 氮气 C. 稀有气体 D. 二氧化碳 答案：C 5.为了使灯泡经久耐用，常向灯泡里面充的气体是（　　） A. 二氧化碳 B. 氧气 C. 氮气或稀有气体 D. 氮气和氧气 答案：C 6. 空气中能供给动植物呼吸的气体是（　　） A. N2 B. O2 C. H2O D. CO2 答案：B 7. 喷雾除尘车利用喷雾系统向空中喷射出水雾净化空气，其主要作用是（　） A. 减少粉尘污染 B. 治理水污染 C. 防治酸雨 D. 缓解温室效应 答案：A 8.下列物质不属于空气污染物的是（　　） A. 二氧化硫 B. 一氧化碳 C. 二氧化碳 D. 可吸入颗粒物 答案：C 9. 小明和小红对市场上销售的一种充气包装的小面包产生了兴趣，在这种小面包的塑料袋内气体充的鼓鼓的，像一个个“小枕头”。他们认为这样包装主要是为了食品能长时间保鲜。那么，这是什么气体呢？小明猜是二氧化碳，小红猜是氮气。于是两位同学设计了实验进行验证，请完成下表。 实验操作实验现象实验结论用注射器抽取包装内气体，并缓缓注入_____ _______中____________________________________________________________小明猜想正确____________________________________________________________小红猜想正确
答案：澄清石灰水　澄清石灰水变浑浊　无明显现象 板书设计 第一节　空气的成分 第二课时　空气是一种重要资源　关注空气质量 空气是一种重要的资源 1.分离空气的方法（氧气的工业制取过程）： 2.空气中主要成分的性质、用途 氧气： 氮气： 稀有气体： 关注空气质量 1.空气质量报告内容： 2.空气污染物： 教学反思

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