课题1 我们周围的空气

第1课时 空气的组成

教学目标：

一、知识目标

1.了解空气的主要成分，能准确说出空气中主要成分所占的大致比例，如氮气约占、氧气约占等。

2.掌握测定空气中氧气含量的实验原理和操作步骤，能够解释实验现象。

3.知道物质的组成，明确混合物和纯净物的概念，能区分混合物和纯净物。

二、核心素养目标

1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识空气的组成成分及各成分的含量；从微观角度理解混合物和纯净物的区别。

2.证据推理与模型认知：通过对拉瓦锡实验及实验室测定空气中氧气含量实验的分析，建立实验探究的基本模型，依据实验现象进行推理得出结论。

3.科学探究与创新意识：通过对拉瓦锡实验的改进探究，体会科学探究的过程和方法，培养创新意识和实践能力。

教学重难点：

一、教学重点

掌握测定空气中氧气含量的实验原理和操作步骤，能够解释实验现象；明确混合物和纯净物的概念，能区分混合物和纯净物。

二、教学难点

理解测定空气中氧气含量实验的误差分析；准确判断物质是混合物还是纯净物。

教学过程：

教学环节一  新课导入

【提问】同学们，在我们的日常生活中，周围存在一种看不到摸不着”的物质——空气，它跟我们的生活联系密切，你能用一个简单的实验或实例来说明空气确实存在吗？

【学生回答】给气球充气等

【讲解】大家的想法都很有创意。其实，为了弄清楚空气的成分，历史上有很多科学家都致力于这方面的研究。其中，有一位法国化学家做出了非常重要的贡献，他就是拉瓦锡。拉瓦锡生活在18世纪，他是近代化学的奠基人之一，被尊称为“近代化学之父”。当时的化学研究还处于相对模糊的阶段，对于空气的组成更是一无所知。拉瓦锡凭借着他的智慧和勇气，设计了一系列严谨的实验来探究空气的成分。让我们一起走进今天的学习——空气的组成。

教学环节二  空气组成的探究

活动一：课堂思考引入

【引入】拉瓦锡是法国著名化学家、近代化学的奠基人之一、近代化学之父。下面我们来了解拉瓦锡测定空气成分的实验。

活动二：拉瓦锡空气成分的测定

【展示实验】播放拉瓦锡测定空气成分的实验视频1，将少量的汞放在密闭的容器里连续加热12天。

【提问】通过视频总结实验现象有哪些？

【学生回答】实验现象是部分汞变成红色粉末，容器里空气的体积减小了。

【讲解】银白色的液体汞与氧气在加热条件下发生反应生成了红色的固态氧化汞，反应消耗了容器中的气体，所以容器中的空气的体积减小了。

【展示实验】播放拉瓦锡测定空气成分的实验视频2，将红色粉末收集，再加强热。

【提问】通过视频总结实验现象有哪些？

【学生回答】红色粉末又消失了，容器里的空气的体积又增大了。

【讲解】红色粉末氧化汞加强热又生成了银白色的汞，同时生成了氧气，并且得到的气体体积恰好等于密闭容器里减少的体积，所以我们看到容器里的空气又增多了。拉瓦锡测定空气组成实验的结论是空气由氧气（）和氮气（）组成。其实验原理是在密闭容器里，汞在加热条件下与容器里的氧气反应生成氧化汞，使密闭容器里的气体体积减小，压强降低，外界大气压将汞槽中的水银压入密闭容器，根据水银进入密闭容器的体积，判定密闭容器中氧气的体积。

活动三：空气中各成分的含量

【提问】通过拉瓦锡的实验，我们知道了空气由氧气和氮气组成。那么，空气中各成分具体占比是多少呢？请同学们阅读教材，说出空气中各成分按体积计算的大致比例。

【学生回答】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%。

【讲解】我们要牢记这些比例，这有助于我们进一步了解空气的组成和性质。同时可以用一个饼状图来直观表示各成分的比例关系。

活动四：实验室测定空气中氧气含量

【提问】拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验虽然得出了重要结论，但存在一些不足之处。你能说出有哪些不足吗？

【学生回答】实验时间较长，实验操作及实验装置比较复杂，且实验过程对环境有污染。

【提问】如何改进拉瓦锡的实验并在实验室快速的验证拉瓦锡的实验结论呢？

【学生回答】找一种反应只消耗氧气的物质，还要没有污染的。

【讲解】反应物角度：只与空气中的氧气反应。生成物角度：生成物不能是气体，最好是固体，能产生压强差。我们可以选择红磷这种物质，利用红磷消耗密闭容器内空气中的氧气，生成固态五氧化二磷，使密闭容器内的气压减小，小于外界大气压。

【演示实验】进行红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验，连接仪器，检查装置气密性；在集气瓶内装少量水，剩余容积分成五等份；用弹簧夹夹紧乳胶管；点燃红磷，迅速伸入瓶中，塞紧瓶塞；待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹。让学生观察并记录实验现象。

【提问】打开弹簧夹前后的实验现象分别是？能够得到什么实验结论？

【学生回答】红磷先燃烧后熄灭，又黄色火焰，冒白烟，打开弹簧夹后水进入了集气瓶。

【讲解】总结实验现象：打开弹簧夹之前，红磷燃烧，发出黄色火焰，产生大量白烟，放出大量的热；打开弹簧夹之后，装置冷却后，打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。实验结论：空气中氧气约占空气总体积的1/5。

【提问】我们看到实验前集气瓶底放了一些水，这些水有什么作用？

【学生回答】吸热。

【讲解】集气瓶底放少量的水的原因有三个：吸收热量，缩短冷却至室温的时间；吸收有毒的五氧化二磷；防止燃烧物溅落瓶底，使瓶底炸裂。

【问题】引导学生填写一下表格，并总结实验注意事项。

【讲解】在做该实验时一定注意①红磷要足量；②实验前检查装置是否漏气③集气瓶未冷却到室温后再打开止水夹；④点燃红磷后立即伸入集气瓶，并塞紧塞子；⑤橡皮管的弹簧夹要夹紧。

【展示视频】观看视频：了解数字化实验测定空气中氧气的含量。

【讲解】通过气体或压强传感器也可以测定空气中氧气的含量。

教学环节三 物质的分类

活动一：课堂思考引入

【引入】同学们，我们已经了解了空气的组成，空气是由多种物质混合而成的。在化学中，根据物质的组成，我们可以对物质进行分类。下面我们来学习混合物和纯净物的概念。

活动二 混合物和纯净物的概念

【提问】请同学们观察图片，说一说什么是混合物、什么是纯净物，如何区分它们？

【学生回答】混合物是由两种或两种以上的物质混合而成的物质；纯净物是只由一种物质组成的物质。“新鲜、洁净、清洁、混合”不是判断物质是否纯净的依据，比如冰水混合物其实是纯净物。

【讲解】非常好，我们要准确理解混合物和纯净物的概念，不能被一些表面的描述所迷惑。

活动三 混合物和纯净物的区别和联系

【提问】我们已经知道了混合物和纯净物的概念，那么它们之间有什么区别和联系呢？请同学们阅读教材，完成混合物和纯净物区别和联系的表格。

【学生回答】完成表格：

【讲解】通过表格我们可以清晰地看到混合物和纯净物的区别和联系。在判断物质是混合物还是纯净物时，要根据它们的定义和特点进行分析。

课堂小结：

板书设计：

一、空气组成的探究

1.拉瓦锡空气成分的测定

汞加热 → 氧化汞分解（HgO → Hg + O₂）

结论：空气含O₂（21%）和N₂（78%）

2.空气中各成分的体积分数：

N₂ 78% | O₂ 21% | 稀有气体 0.94% | CO₂ 0.03% | 其他 0.03%

3.实验室测定空气中氧气含量

原理：红磷燃烧消耗氧气（O₂），压强差使水进入集气瓶

实验操作：装水→五等分 → 点燃红磷→密封 → 冷却读数

实验现象：水面上升约1/5 → O₂占1/5体积

注意事项：禁用铁/镁/木炭（反应复杂或产气）

二、物质的分类

教学反思：

在本节课的教学中，通过拉瓦锡实验引入空气组成的探究，激发了学生的学习兴趣。在讲解实验室测定空气中氧气含量的实验时，详细介绍了实验原理、步骤、现象及误差分析，学生对重点知识有了较好的掌握。但在教学过程中，发现部分学生对实验误差分析理解不够深刻，可能是因为缺乏实际操作体验。在物质分类的教学中，通过举例让学生区分混合物和纯净物，学生基本能掌握概念，但在一些特殊物质的判断上还存在疑惑。在今后的教学中，应增加实验操作环节，让学生亲身体验，加深对知识的理解，同时加强对特殊物质的讲解，提高学生的判断能力。