資源簡介

檢查裝置的氣密性——氣體性質的應用
（一）指導思想與理論依據
化學學科核心素養包括實驗探究與創新意識，宏觀辨識與微觀探析，證據推理與模型認知，變化觀念與平衡思想，科學精神與社會責任，其中實驗探究與創新意識是化學學科核心素養的實踐基礎，強調通過實驗研究物質的組成、性質及其變化規律等等，初步掌握利用實驗研究物質的方法，并且尊重客觀事實，不迷信權威，發現和提出有價值的學科問題，能夠依據問題明確實驗目的，不斷地完善和優化實驗方案，完成實驗方案，如實記錄實驗過程中的現象，并對這個過程中的內容加以整合，得出合理的實驗結論，同時發揚敢于批判和質疑的科學精神。義務教育化學課程標準（2011年版）中指出，科學探究是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動。學生通過親身經歷和體驗科學探究活動，激發學習化學的興趣，增進對科學的情感，學習科學探究的基本方法，初步形成科學探究能力?；瘜W實驗是進行科學探究的重要方式，學生具備基本的化學實驗技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證。
本節課即是在上述指導思想下完成的，精心設計學生活動，關注初高中課程銜接，旨在加強學生的化學實驗基本技能，使學生能夠形成解決此類問題的思路和方法，提升實驗能力，養成一定的學科素養。實施過程中利用壓強傳感器探究影響氣體壓強的因素，在此基礎上提出利用這一性質解決實際問題，加強對實驗中所得結論的認識和應用，得到檢查裝置氣密性的一般思路和方法。
（二）教學背景分析
教學內容分析：
1. 教學價值分析
在生產、科研及日常生活和科學實驗中，裝置的氣密性具有特別重要的作用。許多化學反應都需要在密閉容器中進行；工業生產中為保證產品質量，保障生產、生活的安全，具有密閉容器性質的產品在出廠前都要進行密封性能檢測；日常生活中檢測管道、充氣用具是否漏氣都需要對其進行氣密性的檢測。因此，氣密性是我們進行工業生產、科學研究的基礎，有著舉足輕重的意義。隨著科學技術的不斷發展和進步，氣密性檢測的方法也不斷更新，因此了解和掌握氣密性檢查的方法是十分必要的。
2. 學科本體知識分析
氣密性是指容器的各連接部位是否有泄漏現象。整套裝置可分為密閉裝置部分和連接部分。在密閉體系內，氣體會產生一定的壓強，影響密閉體系氣體壓強的因素有兩個，溫度和單位體積內氣體的量。檢查裝置氣密性的方法有升溫法和注水法。升溫法是通過升高密閉體系內的溫度，增大氣體的壓強，使得體系內的氣體外逸；當體系回到初始溫度時，由于體系內氣體減少，會有相應的實驗現象，比如體系內液面的上升或者氣球鼓和癟的程度不同。一般情況下，我們選取將密閉裝置的一端置于水中。注水法是向密閉體系內注水，通過加入的水形成的水柱來增大氣體系內氣體壓強的方法，注水法分為內注法和外注法。連接部分的氣密性可以通過涂抹泡沫或者將連接部分置于水中來進行檢查。
3. 教材內容分析
本節課屬于教材中，第一單元課題3走進化學實驗室，儀器連接部分的第5點。
檢查裝置的氣密性屬于儀器連接的一部分，這部分知識應用到了氣體壓強的知識，難度較大。雖然《課程標準》及其教材對本節課的內容涉及較少，但是本節課意義重大，教學中不可一帶而過。本節課的學習涉及到一套完整的實驗裝置，是氣體壓強及其影響因素在化學上的第一次應用，一方面對儀器連接的鞏固和提升，為后續密閉裝置中反應的進行提供了實驗基礎和方法，另一方面也為后續“高錳酸鉀制取氧氣”“空氣中氧氣體積分數的測定”，“二氧化碳與氫氧化鈉的反應”等實驗中所涉及到壓強的是做了重要鋪墊，將壓強在化學中的應用這一難點進行了分散。
學生情況分析：
　　1．從知識儲備來看
學生在小學科學課學習中已經初步了解了大氣壓，認識到了大氣具有一定的壓力，知道了大氣壓力在生活中有較多的應用，如：吸盤為什么可以吸住。通過初二物理的學習，學生知道氣體如同固體和液體一樣也具有一定的壓強，但對其認識只是停留在了解層面上，對氣體壓強的影響因素較為模糊，缺乏實驗的支撐。同時，學生對檢查裝置氣密性的原理及方法是新知識，較為陌生。
2. 從發展需求來看
學生對氣體壓強有一定的認識，但對其影響因素的認知不全面，缺乏事實依據，需要從直觀的實驗角度進行探究，需要形成實驗操作-實驗現象-實驗結論一一對應的學習方法，需要能夠對實驗結論加以應用來解決實際問題，建立氣體壓強與檢查裝置氣密性的關系，并理解檢查裝置氣密性的原理，并總結得出一般的思路和方法，為后續的學習打下基礎。
3. 障礙點發展路徑分析
本課題學習中，學生可能存在的障礙點：學生對于影響氣體壓強的因素比較容易能夠通過實驗獲得，對于如何建立利用氣體壓強的影響因素檢查裝置氣密性的思路和方法，以及對檢查裝置氣密性原理的理解。部分同學可能對密閉裝置氣密性檢查與裝置連接處氣密性檢查易產生混淆。
突破傳統教學中講授式的教學模式的局限性和機械式的記憶，幫助學生理清裝置氣密性的檢查是通過改變密閉體系內氣體壓強的影響因素實現的。
教學方式和教學手段：
針對本節課的重難點，本著強化重點突破難點的原則，以形成思路方法和提升核心素養為引導，本節課采取了以下幾種教學方式和手段：
1. 以圖片和視頻資料的形式引入新課，讓學生體會氣體在日常生活中的應用，以及氣體壓強可能給我們帶來的不便；
2. 通過一套連接有壓強傳感器的實驗裝置，小組探究影響氣體壓強的因素，加強學生通過實驗獲得相應實驗結論的學科能力，并用板書進行總結；
3. 由探究氣體壓強的裝置過度到在沒有壓力傳感器時如何檢測裝置的氣密性，展示實驗視頻，為裝置氣密性的檢查做一鋪墊。
4. 通過觀看實驗視頻獲得的啟示，小組討論如何檢查一套較為簡單的實驗裝置的氣密性，并進行語言表述，經過不斷修正，得到合適的方法并進行落實。同時通過對上述方法各個步驟的分析，得出檢查密閉裝置氣密性的一般思路。
5. 通過球囊模擬氣源，指導學生利用涂抹法和浸泡法對裝置的連接處進行氣密性的檢驗。至此學生了解了一套完整實驗裝置的氣密性檢驗的方法。
本節課注重每個環節的問題銜接，環環緊扣，旨在設計出一節符合學生思維發展和認識過程的新課。
技術準備：
多媒體設備，視頻資料，實驗裝置，學案。
實驗裝置
實驗裝置
（三）本課教學目標設計
1. 通過觀看氣體在日常生活中應用的圖片和視頻“汽車輪胎在夏天充氣太足爆胎”，體會氣體與生活息息相關。
2. 通過壓強傳感器對氣體壓強的測定，直觀地認識影響氣體壓強的因素，能概括得出實驗結論。培養實踐精神和實事求是的科學態度。
3. 根據影響氣體壓強的因素，通過小組討論和分析獲得檢查簡單裝置氣密性的方法，培養解決具體問題的能力和整合知識的能力。
4. 通過對裝置連接部分氣密性的檢驗，學會具體問題具體分析，體會化學在生產、生活中的應用。
5. 通過小組實驗，學習團隊合作，通過研究來自生活中的問題，感知化學與生活的密切相關，培養和鞏固對化學學習的興趣。
（四）教學過程與教學資源設計
教學流程圖：
教學過程：
教學環節 教師活動 學生活動 設置意圖
環節一： 新課引入 【引入】我們都知道氣體在日常生活中有很多的應用，例如用于飲料、膨化食品以及壓縮類食品的包裝，氣球、泳圈、輪胎等的充氣。 【提問】在實際生活中你有過這樣的經歷或者是經驗嗎？ 【播放視頻】夏天時，車胎充氣太足容易發生爆炸。下面我們來播放一段視頻。請同學們在觀看視頻的過程中思考： 【提問】為什么會有這樣的情況發生呢？ 【講解】其實氣體體積的熱脹冷縮與氣體的壓強有關。 【過度】下面就讓我們通過實驗來探究影響氣體壓強的因素有哪些。 【觀看圖片，聆聽】 【回答】沒有 【觀看視頻】 【回答】夏天的時候溫度較高，氣體體積受熱膨脹達到一定程度時，車胎就會發生爆炸。 通過氣體在日常生活中的應用，創設情境，引出氣體壓強，對氣體壓強的影響因素研究做鋪墊。
環節二： 氣體壓強受一定因素的影響 【指導實驗準備】請同學們將電腦與壓強傳感器相連，并打開相應的軟件。 【活動一】請同學們閱讀學案中相關的實驗步驟，熟悉實驗內容。 【指導實驗】 下面請大家根據學案的內容，完成第1步：打開K1、K2和K3，將注射器抽至80mL處，記錄此時壓強傳感器的示數P1為 。 關閉K3，觀察并記錄壓強傳感器的示數P2為 。 第2步：推動注射器活塞，觀察并記錄壓強傳感器的示數P3為 。 【小結】推動活塞時，密閉裝置中的氣體被壓縮，單位體積內氣體的量增多，氣體的壓強增大。 【指導實驗】 下面請大家根據學案的內容，完成第3步：關閉K1，向燒杯中加入熱水，觀察并記錄壓強傳感器的示數P4為 。 【小結】向燒杯中加入熱水時，密閉裝置中的溫度升高，氣體運動的速率加快，氣體的壓強增大。 【總結】 【準備實驗】 【閱讀學案】 【動手實驗并記錄數據】 【數據匯報】推動注射器活塞時，壓強傳感器的示數逐漸變大。 【動手實驗并記錄數據】 【數據匯報】向燒杯中加入熱水的過程中，壓強傳感器的示數逐漸變大。 通過本環節的討論及觀看實驗視頻，為密閉裝置氣密性的檢查提供了事實依據，培養學生多方面解決問題的能力。
【提問】如果沒有壓強傳感器，我們又該如何研究壓強的影響因素呢？ 同學說的非常好，下面我們通過視頻來看看這位同學的想法能否實現。 【播放視頻】 【小結】通過剛剛的討論和視頻介紹，我們發現可以借助將裝置的一端置于水中，觀察導管口是否有氣泡冒出也可以來檢查裝置的氣密性。 【思考并進行小組討論】 【回答】將試管上方的導管放入盛有水的燒杯中，推動注射器活塞時，會看到導管口有氣泡冒出；當將試管置于盛有熱水的燒杯時，也會看到有氣泡冒出。 【觀看視頻并相互交流】 通過本環節的討論及觀看實驗視頻，為密閉裝置氣密性的檢查提供了事實依據，培養學生多方面解決問題的能力。
環節四： 利用影響氣體壓強的因素對密閉裝置的氣密性進行檢驗 【講解】在化學實驗中，裝置的氣密性對我們的實驗有著至關重要的作用。因此，組裝好實驗裝置后我們首先要檢查裝置的氣密性，這就要借助于氣體壓強的影響因素了。 這是只有一端與外界相連的一套實驗裝置，如何檢查其氣密性呢？ 請大家小組討論你的方案。 【追問】空氣是沒有顏色的，我們如何能看到進入試管中的氣體嗎？ 【追問】試管置于盛熱水的燒杯中，試管里氣壓增大，此時導管口已經有氣泡冒出了，只是我們沒有看到，然后再將其置于盛水的燒杯中，一定會有看到氣泡冒出嗎？ 【追問】如何改進呢？ 【講解】在實驗中，我們通常用“雙手捂試管”的方法代替“將試管置于盛有熱水的燒杯中”。 【活動2】現在請大家動手實驗，看能否可行吧。 【講解】其實在實驗中，如果我們仔細觀察，會發現剛開始將導管置于盛有水的燒杯時，導管內的液面與燒杯中的液面不相平。在松開手一段時間后，我們會發現導管內的液面上升并超過燒杯中水的液面。 【提問】能否解釋“松開手一段時間后，導管內的液面上升并超過燒杯中水的液面”？ 下面我們來總結分析剛剛檢查裝置氣密性的方法。 【分析】 ①將導管置于水中，將整個裝置形成了密閉體系。 ②雙手緊握試管外壁，使得試管內與導管存在一定的壓強差。 氣體會從壓強大的地方進入壓強小的地方，從而產生一定的現象。 【總結】 【聆聽】 【小組討論并陳述實驗方案】 【學生1】將導管置于盛有熱水的燒杯中，使導管內氣體的壓強增大，左邊導管口有氣體冒出。 【回答】看不到。 【學生2】試管置于盛熱水的燒杯中，試管里氣壓增大，在導管口放有盛不同顏色水的燒杯中，看到有氣泡冒出。 【學生3】不一定，因為試管中的氣體被提前趕出，不易觀察到氣泡。 【學生4】先將導管置于水中，然后在將試管置于盛有熱水的燒杯中，看到導管口有氣泡冒出，說明氣密性好。 【小組實驗】 【實驗匯報】 通過實驗，我們看到了預想的實驗現象，說明此裝置的氣密性良好。 【筆記】將實驗操作方法落實到學案上。 【學生5】因為在這之前我們看到導管口有氣泡冒出，使得試管內的氣體減少，松手后水就會進入導管。 【聆聽、思考】 【筆記】 由過度環節的實驗視頻得到啟示，借助水對裝置進行密封，通過溫度對氣體壓強的影響設計實驗制造壓強差，由現象判斷氣密性是否良好。從而得到檢查裝置氣密性的一般方法。
環節五 對裝置連接處的氣密性進行檢驗 【過度】對于一套實驗裝置來說，包括兩個部分：裝置密閉部分和裝置連接部分。剛剛我們對如何檢查密閉部分的氣密性進行了討論、分析，最后得到了相應的方法。 【提問】那么對于裝置的連接處，我們又該如何檢查其氣密性呢？ 【活動三】下面我們用球囊模擬氣源，對裝置連接處進行氣密性的檢驗。請同學們閱讀學案中相關的實驗步驟，熟悉實驗內容。 【指導實驗】 下面請大家根據學案的內容，完成第1步：開始實驗時，將止水夾夾在2處，擠壓球囊，用棉花在橡膠管及連接處涂泡泡水，觀察現象。 【指導實驗】 第2步：將橡膠管及連接處置于水槽中，持續擠壓球囊，觀察現象。 【小結】通過涂抹法和浸水法，我們可以檢查裝置連接處的氣密性。至此，我們學習了檢查一套完整實驗裝置的氣密性。 【講解】在日常生活中，我們可選擇涂抹法對管道是否漏氣進行檢查；對車胎、泳圈及充氣玩具等是否漏氣則一般采用浸水法進行檢驗。 【思考】 【回答】將裝置的連接部分置于水中，如果漏氣就會有氣泡冒出。 【閱讀學案】 【動手實驗，仔細觀察現象】 【實驗匯報】：漏氣的位置有泡泡會被吹起來冒出。 【動手實驗，仔細觀察現象】 【實驗匯報】：漏氣的位置在水槽中有氣泡冒出。 【聆聽】 【聆聽】 利用球囊模擬氣源的裝置，學會利用涂抹法和浸泡法兩種方法對裝置的連接處進行氣密性的檢驗并可將其應用在實際生活、生產中。
環節六 拓展提升 【提問】檢查氣密性的方法有很多，你是否注意過家里天然氣如果泄漏會有什么現象呢？ 【給出閱讀材料】 【小結】天然氣是一種可燃性氣體，當在空氣中達到一定濃度時，于明火會發生爆炸，因此我們通過添加臭味劑硫醇、四氫噻吩來進行防范。 【總結】 結合板書對本節課進行總結。 【回答】天然氣泄漏時，會有臭味。 【閱讀材料】 拓展工業中如何處理防止天然氣泄漏的方法，認識到具體問題具體分析的重要性。
（五）學習效果評價及表現
1. 效果評價：
內容標準細目 學 業 水 平 層次 要求 是否達標
能說出影響氣體壓強的因素 1. 影響氣體壓強的因素有哪些？ 合格
能對試管裝置檢查氣密性的方法進行準確表述。 2. 檢驗右圖裝置氣密性的方法是 合格
對其他實驗裝置密閉部分氣密性的檢驗進行分析，并能動手實驗，形成文字性的描述。 3. 根據本節課所學，你能否檢查下面的兩套實驗裝置的氣密性？ 裝置一裝置二
良好
2. 表現：
對裝置一學生想到用如下的方法進行檢驗：
關閉分液漏斗的活塞，將導管的一端置于盛有水的燒杯中，
雙手捂住錐形瓶，觀察到導管口有氣泡冒出，說明氣密性良好。
對裝置二學生想到用如下的方法進行檢驗：
方法一：
將止水夾夾緊橡膠管，向長頸漏斗中注水，發現液面的
高度不變，說明裝置的氣密性良好。
方法二：
將止水夾夾緊橡膠管，向長頸漏斗中注水，雙手捂住錐形瓶，長頸漏斗中的液面上升，
說明裝置的氣密性良好。
（六）教學反思
本節課精選素材，精心設計學生活動，目的是通過實驗在更直觀的獲得所學知識的同時，能夠形成實驗操作-實驗現象-實驗結論相互統一的角度認識化學實驗，最終逐步實現實驗探究與創新意識核心素養的培養。1. 利用壓強傳感器對氣體壓強的研究，為學生提供了更為直觀的認識，這也為實驗裝置中密閉部分的檢查提供了實驗支撐和理論依據。2. 通過對簡單的實驗裝置的認識，學生可以將一套裝置分成兩個部分來分析，其中一個部分是實驗裝置的密閉部分，另一個是實驗裝置的連接處（例如：橡膠管與玻璃管的連接部分，橡膠管本身，等等），這兩個部分檢查其氣密性的方法是不同的。通過實驗培養了學生思維的有序性和邏輯性，同時提高了利用所學知識解決實際問題的能力。3. 實驗過程中，學生學習到了團隊合作的重要性，感受到了化學與生活的密切相關，培養和鞏固對化學學習的興趣。同時教學實施過程中多處重難點內容均以問題為引領，通過追問反問等激發學生的思維從而增強實際獲得感，為義務教育階段和高中階段后續學習做好銜接和鋪墊。
本節課在設計和實施中也存在一定的問題，以下是對本節課的反思：首先，本節課的內容對于初中學生來講較難，在教學過程中需明確本節課的重點，弱化非重點知識；其次，沒有做好氣體壓強的影響因素與檢查裝置氣密性之間的銜接，雖然在檢查氣密性前提出了問題，進行了討論，播放了視頻，但鋪墊地不夠到位。最后，本節課學生一共有三個學生實驗，對于剛剛開始接觸化學的學生來講，應該對實驗內容進行說明或者示范，這樣可以給學生更為清晰的指導，使實驗效果最大化。
附:
板書設計

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